Люминесценция и радиационная физика твердого тела

научная школа Ф.Ф. Гаврилова

Истоки этого научного направления уходят в далекие 1937-1938 г.г. Будучи студентом Томского университета, Ф.Ф. Гаврилов занимался методами регистрации затухания фосфоресценции кристаллофосфоров в студенческом научном кружке под руководством профессора В.М. Кудрявцевой.

За успешную работу он был поощрен командировкой в Государственный оптический институт (г. Ленинград) на преддипломную практику и направлен в лабораторию люминесценции, которой руководил академик С.И. Вавилов. Дипломирование в ГОИ стало отличной школой для молодого специалиста. Исследование закона затухания фосфоресценции замороженных органических соединений (бензол, толуол и др.) было проведено Ф.Ф. Гавриловым успешно. Готовилась статья к печати, но помешала война. Ф.Ф. Гаврилов был мобилизован: с осени 1941 г. по весну 1945 г. он был на фронте.

гаврилов

филипп филиппович

Вернувшись осенью 1945 г. в Томск, в ту же лабораторию люминесценции, Ф.Ф. Гаврилов начал самостоятельную исследовательскую работу. Первая статья «Температурное гашение фотолюминесценции окиси цинка» была опубликована в ДАН СССР (1947 г., т.57, №1) по представлению академика С.И. Вавилова. К 1949 г. было опубликовано уже 12 статей. Но опять мобилизация в атомную промышленность.

С 1949 по 1959 годы путь в открытую печать был закрыт. Кандидатская диссертация (1955 г.) была совершенно закрытой, и из области, не связанной с люминесценцией. Тем не менее, участие в термоядерном проекте дало Ф.Ф. Гаврилову не только опыт, успехи и награды, но и уникальный благодатный объект для дальнейшего исследования - гидрид лития.

Еще работая в "зоне", он ухитрился заниматься его люминесценцией. Опубликовать эти результаты стало возможным лишь в 1959 году. В журнале "Оптика и спектроскопия" вышла статья "Люминесценция гидрида лития". Так Ф.Ф. Гаврилов вернулся к любимой научной тематике. В этом же году, по рекомендации Свердловского обкома партии, он был избран заведующим кафедрой №24 УПИ им. С.М. Кирова. Люминесценцией в эти годы на Урале не занимались. Пришлось начинать практически с нуля. Объектами исследования стали сульфид цинка и гидрид лития. Классический кристалло-фосфор ZnS снова "засверкал" на научном горизонте благодаря Ф.Ф. Гаврилову и харьковским химикам, научившимся выращивать крупные прозрачные монокристаллы.

Работа с ними была поручена ассистенту Безелю В.С., который успешно ее завершил защитой кандидатской диссертации. Впоследствии В.С.Безель стал доктором биологических наук. Особый вклад в исследование классического сульфида цинка и других соединений типа AIIBVI внес А.П. Оконечников, который обобщил полученные результаты в докторской диссертации (1996 г.). Параллельно с ZnS была организована работа по изучению LiH, который предвещал стать прекрасным нейтронным сцинтиллятором. Зачинателями этой работы были аспирант Б.Л. Двинянинов и студент Б.В. Шульгин. Первым по гидриду лития защитил кандидатскую диссертацию Б.Л. Двинянинов. В 1970 г. Ф.Ф. Гаврилов успешно защитил докторскую диссертацию «Исследование люминесценции и радиационной устойчивости монокристаллов гидрида лития и сульфида цинка». В дальнейшем работы по люминесценции пошли по трем направлениям.

Исследованием гидрида лития занимались в мире лишь две школы: Претцела (США) и Гаврилова (СССР). Ф.Ф. Гаврилов со своими учениками уделили особое внимание росту монокристаллов LiH. Будучи простейшим по составу и кристаллической структуре, он оказался капризным при получении и обработке монокристаллов, уникальным и сложным при изучении его свойств. Вклад в исследование LiH внесли аспиранты Б.В. Шульгин, В.Д. Пирогов, Г.И. Пилипенко, Л.В. Астафьева, Н.И. Канунников, С.О. Чолах и многие другие. В 70-е в творческий коллектив по исследованию гидрида лития включились эстонские физики во главе с академиком Ч.Б. Лущиком. В этот период центр изучения LiH окончательно переместился в СССР на Урал, а полученные результаты стали приоритетными. На их основе в УПИ были защищены кандидатские диссертации Г.И. Терентьевым, Т.А. Бетенековой, В.А. Пустоваровым, Н.А. Завьяловым, О.И. и В.И. Тютюнниками, А.Н. Полиенко и др., а также более десятка в Эстонии. Впоследствии докторские диссертации по гидриду лития защитили С.О. Чолах и Г.И. Пилипенко.

Важным итогом работ школы Гаврилова Ф.Ф. стала монография Ч.Б. Лущика, Ф.Ф. Гаврилова, Г.С. Завта, В.Г. Плеханова и С.О. Чолаха "Электронные возбуждения и дефекты в кристаллах гидрида лития" (М.: Наука, 1985). Третье -  "оксидное" - направление связано с именем Б.В. Шульгина. Еще во время работы над кандидатской диссертацией ему стало тесно в рамках модельного объекта LiH. Он понимал, что будущее за многокомпонентными оксидными и фторидными кристаллами. Первым таким объектом стал цирконосиликат натрия. Начало широкомасштабных исследований сложных оксидов совпало с лазерным бумом шестидесятых годов. Совместно со своими учениками Б.В. Шульгин систематически исследовал огромный класс сложных оксидов, активированных редкоземельными элементами и переходными металлами. Люминесцентная тематика стала сочетаться с методами спектроскопии, с исследованием электронной структуры кристаллов, с квантово-химическими методами расчета.

Под руководством Б.В. Шульгина предложены новые классы оптических детекторов с рекордными параметрами, активные среды квантовой оптики, оптоэлектронные устройства (более 160 авторских свидетельств и патентов на изобретения), опубликован ряд монографий. В течение четырнадцати лет, заведуя самой большой кафедрой института, Шульгин Б.В. стал общепризнанным ученым с мировым именем. Им были выполнены совместные работы с сотрудниками Дармского университета (Англия, 1971 - 1972 г.г.), Алабамского и Мемфисского университетов и Лос-Аламосской национальной лаборатории (США, 1981 г.), переведена с английского книга К. Тейлора и М. Дарби "Физика редкоземельных элементов", редактор акад. С.В. Вонсовский (М.: Мир, 1974 г.).

В семидесятые годы под руководством Гаврилова-Шульгина начинает развиваться новое научное направление: радиационное материаловедение. Его появление было связано с потребностями в новых материалах, способных работать в экстремальных условиях (высокие температуры, большие радиационные, механические и др. нагрузки). Такими материалами - бериллийсодержащие кристаллы, ортогерманат висмута и др. - начал плодотворно заниматься доцент А.В. Кружалов. У него появились новые идеи, которые были реализованы на кафедре совместно с руководимыми им аспирантами и молодыми учеными. Так на кафедре появился комплекс термоактивационной спектроскопии в сочетании с методами электронного парамагнитного резонанса и импульсной абсорбционной спектроскопии.

Он явился инициатором создания гелиевой криогенной станции и предложил возглавить стройку аспиранту М.В. Василенко. А.В. Кружалов провел большую организационную работу по созданию в Институте ядерной физики СО РАН (г. Новосибирск) уникального канала ВУФ-спектроскопии на накопителе синхротрона. Под руководством А.В. Кружалова, совместно с вычислительным центром УПИ, реализуется проект по созданию первой в ту пору в России автоматизированной системы научных исследований твердых тел. Огромную роль в создании атмосферы активного поиска, увлеченности и коллективизма сыграли зимние школы по радиационной физике, которые проводились кафедрой в восьмидесятые годы. Наряду с Б.В. Шульгиным и А.В. Кружаловым основы этого научного направления закладывали Л.В. Викторов, В.А. Пустоваров, В.Л. Петров, С.В. Горбунов, В.Ю. Иванов, И.Н. Огородников и другие.

В настоящее время общепризнанным и приоритетным является цикл работ по созданию и исследованию новых сцинтилляционных материалов, выполняемых под руководством профессора Б.В. Шульгина. Результаты исследования электронных возбуждений, люминесценции и дефектообразования оксида бериллия под руководством профессора А.В. Кружалова также являются приоритетными в мировой науке, написана глава (совместно с Б.В. Шульгиным) в монографию с международным авторским коллективом: D.R.Vij, Editor/Luminescence and related properties of II- VI semiconductors. N.Y., USA.: Nova Science Publisher (1998 г., стр. 341-362). Научная школа Ф.Ф. Гаврилова продолжает развиваться. Пионерскими работами стали исследования электронных возбуждений, люминесценции и радиационного дефектообразования в нелинейных кристаллах под руководством д.ф.-м.н. А.В. Кружалова и к.ф.-м.н. И.Н. Огородникова.

Теоретической группой (д.ф.-м.н. А.Б. Соболев, д.ф.-м.н. А.Н. Вараксин, к.ф.-м.н. А.Ю. Кузнецов) продолжен цикл работ, посвященный исследованию электронной структуры точечных дефектов в сложных оксидных диэлектриках и полупроводниках. Кроме перечисленных направлений, самостоятельно о себе уже заявили д.ф.-м.н. В.А. Пустоваров и к.ф.-м.н. В.Ю. Иванов, исследуя динамику электронных возбуждений в сложных оксидах с помощью синхротронного излучения.

За сорокалетнюю историю школа Ф.Ф. Гаврилова взрастила

более 80 кандидатов и 10 докторов наук, опубликованы сотни научных статей, 9 монографий,

получено около 200 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Ф.Ф. Гаврилов и кафедра ФХМА

музгин владимир николаевич

заведущий кафедрой фхма

В 1964 году аспирант В.Н. Музгин защитил кандидатскую диссертацию на тему «Разработка и исследование спектральных методов анализа ванадия». Тематика этой работы была предложена в 1960 году новым заведующим кафедрой №24 Ф.Ф. Гавриловым. У Филиппа Филипповича был опыт исследований в этой области: он работал заместителем начальника ЦЗЛ и руководил группой спектрального анализа на комбинате «Электроохимприбор» в Свердловске-45 (г. Лесной). Тему поддержал и заведующий кафедрой ФХМА В.Л. Золотавин. Они стали руководителями аспиранта В. Н. Музгина.

Вскоре новое научное направление: фундаментальные исследования спектральных методов анализа и их метрологическое обеспечение - стало ведущим на кафедре «Физико-химические методы анализа». Так, уже в 1967 году аспирант Ю.Ф. Букреев защитил диссертацию по исследованию метода пламенной атомно-абсорбционной спектроскопии, в 1970 году аспирант Л.А. Хрусталева - по исследованию эффектов матричного влияния в атомно-эмиссионной спектроскопии. Особенно интенсивно работы в этом направлении стали развиваться после организации в 1966 году по инициативе В.Н. Музгина специализации по подготовке инженеров-аналитиков и широкому привлечению студентов специализации к научно-исследовательской работе. Уже в 1971 г. первый выпускник кафедры ФХМА Д.Г. Лисиенко стал кандидатом наук, а в 1973 г. кандидатами стали Ю.Б. Атнашев и А.А. Пупышев. В 1975 г. В.Н. Музгин защитил докторскую диссертацию. На кафедре ФХМА сложилось три научных направления в рамках общей проблемы:

• разработка теоретических основ и создание прецезионных атомно-эмиссионных и атомно-абсорбционных методов анализов и приборов.

Руководитель этого направления к.ф-м.н. Ю.Б. Атнашев стал впоследствии главным метрологом Уральского электромеханического завода, а в 1991 г. - доктором технических наук;

• разработка методов термодинамического моделирования сложных высокотемпературных процессов в источниках спектра и атомизаторах, руководителем которого стал к.х.н. А.А. Пупышев, защитивший в 1995 г. докторскую диссертацию;
• метрологическое обеспечение методов спектрального анализа и контроля технологических процессов. Под руководством к.х.н. Д.Г. Лисиенко были разработаны технологии, созданы и внедрены на предприятиях Минатома РФ Государственные стандартные образцы (ГСО) практически всех ядерных и конструкционных материалов, а также ГСО платины, осмия и других платиновых и благородных металлов для предприятий цветмета.

Всего по «спектральной» тематике защищено 29 диссертаций, из них 3 докторские (Музгин В.Н. - 1975 г., Атнашев Ю.Б. -1991 г., Пупышев А.А. - 1995 г.). В 1995 г. на кафедре организована Российская арбитражная лаборатория испытаний материалов ядерной энергетики, аккредитованная Госстандартом РФ как независимый испытательный аналитический центр.

Кафедра ФМПК: истоки

Кортов Всеволод Семёнович, выпускник 1962 г.

В сентябре 1998 года коллектив кафедры физических методов и приборов контроля качества (ФМПК) отмечал 15-летнюю годовщину ее создания. Кафедра получила многочисленные поздравления от коллег из различных университетов России и стран СНГ, в которых единодушно отмечались успехи ее известной научной школы в области изучения нестационарных эмиссионных процессов в облученных материалах.

А началось все в 1963 году, когда к заведующему кафедрой экспериментальной физики доценту Ф. Ф. Гаврилову пришел известный ученый-металловед профессор И.Н. Богачев и предложил совместную работу: оценить возможность использования нового физического эффекта - экзоэлектронной эмиссии для изучения кавитационного повреждения металлов.

С собой он принес несколько статей немецких ученых, в том числе И. Крамера, в которых описывалась эмиссия электронов, возникающая после деформации металлов. Особенно сильно эффект проявлялся после их механической обработки. Было ясно, что за эмиссию ответственны процессы, протекающие в тонком поверхностном слое. Именно свойства этих слоев определяли кавитационную стойкость сплавов, и нужно отдать должное научной интуиции И.Н. Богачева, который предположил, что новый эффект может нести информацию о процессах разрушения поверхности при микроударном нагружении и перспективен для контроля таких процессов.

Уже намного позднее удалось узнать, что открытый в 1940 году И. Крамером эффект нестационарной электронной эмиссии пытались во время войны применить для контроля усталостных повреждений самолетных конструкций на фирме «Мессершмитт». Однако несовершенство измерительной техники не позволило развить эти работы. После войны международная конвенция запрещала ученым-физикам Германии заниматься исследованиями в области ядерной техники. Чтобы использовать имеющуюся аппаратуру и сохранить свою квалификацию, ученые-физики начали интенсивно изучать эмиссию электронов с поверхности деформированных металлов. В период 1949-1959 годов ими был опубликован ряд статей, из которых несколько попались на глаза И.Н. Богачеву. Поскольку речь шла о регистрации слабых электронных пучков и задача была ближе к специальностям физтеха, он обратился на кафедру экспериментальной физики. К совместной работе Ф.Ф. Гаврилов и И.Н. Богачев привлекли молодого выпускника кафедры В.С. Кортова. Первая установка для исследования экзоэлектронной эмиссии (именно так был назван этот вид эмиссии И. Крамером, который полагал, что за эффект ответственны экзотермические процессы, протекающие на деформированной поверхности металлов) была создана B.C. Кортовым в 1964 году в проблемной лаборатории металловедения (ПЛМ).

Лабораторией заведовал старший научный сотрудник, к. т.н. Р.И. Минц, в ту пору заканчивавший докторскую диссертацию по проблемам кавитационностойких сплавов (И.Н. Богачев был научным руководителем лаборатории). Установка была примитивна по современным понятиям: под стеклянным колпаком вакуумного поста располагался торцевой газоразрядный счетчик с тонкой слюдяной пленкой, закрывавшей его окно. Счетчик предназначался для измерений слабой бета-радиоактивности почв и казался пригодным для измерений экзоэмиссии. Между окном счетчика и образцом прикладывался ускоряющий потенциал до 5 кВ. В создании первой и последующих установок, проведении экспериментов активное участие принимал А.И. Гаприндашвили, сотрудник ПЛМ. Несмотря на свою простоту, установка позволила подтвердить существование эффекта на образцах сталей с кавитационными повреждениями и выявить ряд интересных закономерностей. Направление работ было признано перспективным, выделены средства на создание новых, более чувствительных установок.

Стало понятно, что практическому использованию метода экзоэмиссии должен предшествовать этап исследований с контролируемыми видами нагружения образцов для установления взаимосвязи эмиссионных параметров со степенью деформации, напряжениями и структурными изменениями. С одобрения Р.И. Минца B.C. Кортов с помощью А.И. Гаприндашвили создает в 1965 году установку для исследования экзоэмиссии в вакууме при усталостных видах нагружения. Чувствительность измерений была повышена во много раз благодаря применению открытого вторично-электронного умножителя в качестве детектора электронов. Такие умножители изготовлялись в ГОИ им. С. И. Вавилова для размещения на первых советских спутниках с целью регистрации «солнечного ветра». Новая установка позволила непрерывно измерять эмиссию электронов при циклическом нагружении и варьировать параметры деформации - число циклов и амплитуду колебаний закрепленного в виде консоли образца. Выполненный на ней цикл исследований помог существенно продвинуться в понимании закономерностей и природы эффекта экзоэмиссии. В 1966 г. В. С. Кортов защитил кандидатскую диссертацию по этой теме на ученом совете металлургического факультета.

Не все проходило гладко. Первые статьи по исследованию ЭЭЭ металлов с трудом рецензировались в металловедческих журналах. Металловеды просто не верили в существование эффекта. Тогда И.Н. Богачев пригласил в ПЛМ известных ученых из Института физики металлов УрО АН СССР на «живой» эксперимент. Ученые амфитеатром расположились на стульях перед установкой, в которой шел эксперимент по измерению ЭЭЭ при усталостном нагружении. Рост интенсивности эмиссии можно было наблюдать по световым индикаторам - декатронам на счетном устройстве «Волна». Установку включили и больше к ней не подходили. И когда с ростом числа циклов, вначале медленно, а затем все быстрее и быстрее закрутились «огоньки» декатронов, указывая на рост потока электронов с развитием деформации, ученые мужи озадаченно замолчали и разошлись. С этого времени статьи, посвященные исследованиям экзоэмиссии, стали чаще появляться в металловедческих журналах.

Экзоэмиссионные исследования В.С. Кортова в ПЛМ продолжались вплоть до конца 1968 г. Была создана еще одна установка на базе испытательного комплекса ИМАШ, позволившая изучать экзоэмиссию при растяжении металлов с разными скоростями. Параллельный контроль структурного состояния образцов способствовал получению достоверных выводов о взаимосвязи эмиссионных параметров с дефектностью поверхностных слоев образцов. В то же время были выполнены измерения экзоэмиссии при фазовых превращениях в сплавах, в том числе мартенситных. Эти результаты впоследствии послужили отправной точкой широкого круга исследований экзоэмиссии при фазовых превращениях в сегнетоэлектриках, проведенных в других лабораториях.

В целом пятилетний (1963-1968 г.г.) период изучения экзоэмиссии в коллективе ПЛМ был весьма плодотворным. Начав с нуля, уральские экзоэмиссионщики вышли на уровень исследований лучших групп, работавших в Польше (Суяк), США (Бакстер) и других странах. Этому способствовал симбиоз физтехников и металловедов, позволивший успешно решать экспериментальные проблемы регистрации слабых потоков низкоэнергетических электронов и подготовки образцов с различной склонностью к дефектообразованию при контролируемых видах нагружения. В этих исследованиях активное участие принимали студенты-дипломники кафедры экспериментальной физики, которыми руководил B.C. Кортов.

С 1969 г. исследования экзоэмиссии переносятся на физтех. В.С. Кортов (уже доцент кафедры экспериментальной физики), предварительно получив принципиальное согласие Ф.Ф. Гаврилова, предложил Р.И. Минцу обсудить с руководством факультета вопрос о переходе на физтех. Переговоры состоялись, согласие на переход было получено. Кафедра экспериментальной физики помогла с площадями, выделив первоначально помещение на цокольном этаже, где разместился Р.И. Минц с группой перешедших вместе с ним сотрудников. Другая часть сотрудников получила место в лаборатории B.C. Кортова на третьем этаже кафедры. Жили тесно, но людей согревала надежда на расширение площадей, поскольку кафедра экспериментальной физики выделила дополнительное помещение, в нем после реконструкции запланировали создать хороший экспериментальный комплекс. В результате описанных событий исследования экзоэмиссии на кафедре экспериментальной физики стали проводиться в двух группах: в лаборатории экзоэлектронной эмиссии, руководимой B.C. Кортовым, и в отделе радиационного материаловедения (ОРМ), который был создан после перехода Р.И. Минца на физтех и возглавлялся им.

В ОРМ изучали закономерности эффекта при деформации и облучении металлов и полупроводников. К исследованиям были привлечены новые сотрудники, многие из них были выпускниками физтеха и успешно защитили кандидатские диссертации. Большинство из них после защиты диссертаций перешли на преподавательскую работу в другие вузы. В ОРМ стала развиваться новая тематика, связанная с изучением жидкокристаллического состояния вещества, и он в 1980 году был реорганизован в факультетский отдел прикладной биофизики.

В лаборатории экзоэлектронной эмиссии В.С. Кортов с сотрудниками изучали другие объекты - диэлектрики, в том числе материалы ядерной техники - ZrO2, ВеО и другие. Работы велись широким фронтом - от разработки усовершенствованных детекторов экзоэмиссии до компьютерного моделирования этапов эмиссионного процесса. Десятилетний период (1969-1979 г.г.) характеризовался интенсивными исследованиями механизмов и закономерностей экзоэмиссии облученных диэлектриков. Среди них особо важными были разработка методики измерения энергетического спектра экзоэлектронов и изучение процессов, влияющих на его формирование.

Дело в том, что измерения энергий эмитирующих электронов известными методами осложнялось малой интенсивностью и нестационарностью эмиссии. Требовалась методика, позволяющая измерять кривые задержки (интегральные спектры) за очень короткое время, чтобы обеспечить квазистационарный режим регистрации. В.С. Кортовым (совместно с аспирантом И.Е. Мясниковым) была предложена и реализована методика измерения энергоспектров экзоэлектронов с помощью многоканального многоамплитудного анализатора, работающего во временном режиме, при использовании сканирующего задерживающего потенциала. Стало возможным измерять энергетические спектры экзоэлектронов в условиях быстрого изменения интенсивности эмиссии при деформации или нагреве. Последовавший затем цикл исследований энергоспектров экзоэлектронов при фото- и термостимулировании позволил серьезно продвинуться в понимании механизмов экзоэмиссии. В частности, стало понятным, что экзоэмиссия металлов представляет собой индуцированный фотоэффект в условиях изменения работы выхода электрона, которое сопровождает образование свежих поверхностей при деформации. В экзоэмиссии диэлектриков важным является заряжение приповерхностных слоев при облучении, что обуславливает появление в спектре энергий «горячих» электронов.

В это время B.C. Кортовым ставится задача изучения элементарных актов эмиссионного процесса. В.П. Шифрин, соискатель из Москвы, впервые выполнил квантово-механические расчеты сечений Оже-процессов, способных вызвать экзоэмиссию полупроводников. Однако сложность протекающих процессов настоятельно требовала моделирования изучаемых явлений. В 1975 г. B.C. Кортов совместно с П.П. Зольниковым впервые предложил физическую модель и алгоритм компьютерных расчетов методом Монте-Карло энергетического спектра электронов. Выполненная затем серия расчетов энергоспектров экзоэмиссии и сравнение с результатами экспериментов получили высокую оценку отечественных и зарубежных специалистов. Модель и методика расчетов были развиты в диссертационной работе аспиранта В.Г. Исакова. До настоящего времени исследования лаборатории в этом направлении остаются непревзойденными.

В 1976 г. B.C. Кортов защитил докторскую диссертацию. В организации защиты в Москве большую помощь ему оказал Ф.Ф. Гаврилов. Под руководством В.С. Кортова в последующие годы завершили свои исследования и защитили кандидатские диссертации В.П. Шифрин, И.Е. Мясников, А.И. Гаприндашвили, З.Г. Цинцадзе, В.В. Попов, В.И. Стукалов, В.Г. Исаков, А.И. Слесарев, М.Л. Клебанов. Коллектив экзоэмиссионной лаборатории кафедры экспериментальной физики занял лидирующие позиции среди научных групп, занимающихся исследованиями эффекта экзоэлектронной эмиссии в других городах страны и за рубежом. В 1979 г. в Свердловске был проведен первый Всесоюзный симпозиум по экзоэлектронной эмиссии, подтвердивший это лидерство.

В 1975-1985 г.г. в лаборатории на основе найденной взаимосвязи эмиссионных параметров с дефектностью тонких поверхностных слоев успешно развиваются работы по практическому использованию метода экзоэмиссии. Метод нашел применение при выборе оптимальных режимов обработки поверхности изделий авиационной техники (Куйбышевский и Запорожский моторные заводы), при прогнозировании коррозионной стойкости конструкционных материалов лазерной техники (НИИ атомных реакторов, Димитровград), при экспертизе отказов изделий ракетной и космической техники (НИИ прикладной механики, Москва), при контроле качества обработки поверхности изделий лазерной техники (Уральский оптико-механический завод, Свердловск; ГОИ им. С.И. Вавилова, Ленинград; КБ точного машиностроения, Москва). Были налажены творческие контакты с группами исследователей экзоэмиссии в Московском авиационном институте, Рижском политехническом институте и другими коллективами. Успешно развивалась хоздоговорная деятельность: предприятия заказывали лаборатории установки экзоэмиссионного контроля и работы по экзоэмиссионной экспертизе качества поверхностных слоев различных материалов и изделий.

Естественным развитием крепнущей научной школы стало создание на физтехе в сентябре 1983 г. на базе коллектива лаборатории экзоэлектронной эмиссии новой кафедры - физических методов и приборов контроля качества, которую возглавил профессор, д.т.н. Кортов B.C. Первыми ее преподавателями и научными сотрудниками стали выпускники и аспиранты кафедры экспериментальной физики: А.И. Слесарев, И.И. Мильман, А.И. Сюрдо, В.Г. Исаков, А.С. Портнягин, В.И. Ушкова, В.В. Калентьев, Г.Б. Черлов, В.В. Тюков.

В новое столетие кафедра ФМПК вступила, выпустив 450 инженеров, заняв третье место среди многочисленных выпускающих кафедр университета. Материнский след кафедры экспериментальной физики проявляется не только в добрых контактах с ее руководителями и сотрудниками, но также в расширяющемся научном сотрудничестве двух кафедр. Свидетельство тому - совместное выполнение научных проектов и участие в работе российско-американского научно-образовательного центра «Перспективные материалы».

Радиационная безопасность человека и окружающей среды

Кружалов Александр Васильевич

заведующий кафедрой экспериментальной физики

Cудьба распорядилась так, что после смерти в 1971 году Альберта Константиновича Штольца, научное направление, связанное с проблемами радиометрии, дозиметрии и радиационной безопасности, на кафедре стало постепенно сходить на нет. Лишь А.С. Жуковская, создав изотопную лабораторию и сформировав свое научное направление, научно подкрепила учебно-методическое обеспечение курса «Радиометрия». Пришедшие на «дозиметрический» участок преподаватели были молоды, талантливы, хорошо теоретически подготовлены. Но их научные интересы лежали либо в стороне от проблем радиационной безопасности, либо касались радиационной физики твердого тела.

Тем не менее, к 90-м годам на кафедре сложился оптимальный вариант подготовки инженеров-физиков по специальности «Дозиметрия и защита», который был надежно проверен временем и удовлетворенностью заказчика. Инженеры-дозиметристы с глубокой фундаментальной и основательной «приборной» подготовкой стали идеологами, организаторами и руководителями соответствующих служб на предприятиях. После Чернобыльской катастрофы в СССР, а затем и в России стали пересматриваться основы радиационной безопасности.

Радиоэкология, как фундаментально-прикладная наука, вышла из «подполья». Снимается завеса секретности с предприятий Средмаша, общественности стала доступна информация не только по всем радиационным инцидентам, но и по всему радиационному наследию СССР. Название специальности 0633 как устаревшее, было заменено новым, более широким и емким - «Радиационная безопасность человека и окружающей среды».

Стало очевидным:

надо восстановить научное направление, которое сопровождало бы учебный процесс по этой специальности. Случай не заставил себя ждать.

В 1992 году, после защиты докторской диссертации, ко мне основательно «подступил с ножом к горлу» Б.В. Шульгин: «Принимай кафедру, избирайся заведующим». Борис Владимирович уже тринадцатый год возглавлял кафедру - огромный, сложный, трудно управляемый коллектив. Его желание было естественно и понятно. Мое нежелание тоже было естественно. В результате длительных переговоров в 1993 году мы достигли консенсуса - модное тогда было слово. Я предложил, а он поддержал вариант создания двух кафедр, деление по принципу двух специальностей. Борис Владимирович оставался с экспериментальной физикой, а я уходил с комплексом прикладной ядерной физики. Подобный вариант, на наш взгляд, являлся удачным и достаточным для создания двух эффективно работающих коллективов. Тем более что разъединяться мы и не собирались. Перед глазами был исторический опыт кафедры общей физики, где П.В. Гельд и Б.А. Баум заведовали двумя разными кафедрами. Только об этом мало кто знал, т.к. их сферы деятельности и разделение труда были оптимизированы, и кафедра по существу была единой.

В эти годы доцент кафедры молекулярной физики В.Н. Чуканов, защитив докторскую диссертацию, стал пробивать в УрО РАН под себя институт. Впоследствии его окрестили институтом промышленной экологии (ИПЭ). Главное, на что нацелился Виктор Николаевич, - разобраться с последствиями Кыштымской аварии 1957 года и под это получить крупное государственное финансирование. Создав уникальную команду, В.Н. Чуканов сделал невероятное. Была не только сформулирована, но и прошла через бесчисленные чиновничьи преграды, Верховный Совет страны Государственная программа по радиационной реабилитации Уральского региона.

На ИПЭ легла огромная ответственность научно-организационной координации всей программы. В этот момент В.Н. Чуканов и пригласил нашу кафедру поучаствовать в этом близком и для нас деле. Более полутора лет я работал в этом направлении. Вошел в проблему, познакомился с сотрудниками ИПЭ, разобрался с «научно-политическими» течениями, как в регионе, так и в стране. В первые годы работы ИПЭ В.Н. Чуканову приходилось процентов 70 времени «сидеть» в Москве. Тем не менее, он сформировал прекрасный коллектив единомышленников, внедрив дух увлеченности до фанатизма. Огромную роль здесь сыграл профессор кафедры молекулярной физики П.В. Волобуев. Работа продвигалась семимильными шагами, а я продолжал изучать ситуацию и искать нашу нишу. Постепенно все сходилось к тому, что надо попытаться взять под патронаж кафедры тематику, связанную с вкладом естественных радионуклидов и особенно радона, в радиационный риск населения Уральского региона. А это большая проблема и в России практически не разработана. Она могла стать базовой для новой кафедры.

Однако то ли ректор с деканом отмели напрочь идею деления кафедры, то ли Борис Владимирович «пошутил», но в мае 1994 года я был избран заведующим кафедрой экспериментальной физики. С этого времени мое личное участие в делах ИПЭ стало постепенно убывать, а организационно-научный компонент - нарастать на кафедре. Надо было прежде всего внести изменения и в учебный процесс, и в структуру НИР. Учитывая, что наша традиционная отрасль - Минатом зашла в полосу мощного кризиса (как и весь оборонный комплекс), следовало подумать о поиске принципиально новых заказчиков, а следовательно, и новых направлений подготовки. Понимая, что новое всегда надо искать в «проблемах вечных», мы остановились на общечеловеческих проблемах: здоровье человека и экология. Если к первому удалось подступить только в 2000 году, открыв специальность 190600 «Инженерное дело в медико-биологической практике», то второе я попытался решить сразу. Заручившись поддержкой Управления экологии Правительства Свердловской области (Г.Ю. Пахальчак) и Госкомэкологии области (И.С. Солобоев), мы открыли специализацию «Методы и средства экологического мониторинга».

Аналога подобной специализации мы нигде не обнаружили. Поэтому какой-либо учебно-методический опыт отсутствовал, учебников не было. Более того, в научной литературе бурно продолжались дебаты по самой концепции мониторинга. Поэтому за подготовку спецкурса пришлось засесть самому. Другие дисциплины, которые мы запланировали, творчески и ответственно подготовили профессора Ю.В. Егоров, А.Н. Вараксин, доценты В.Ю. Иванов, А.Ю. Кузнецов и Д.Г. Лисиенко. Центр мониторинга Уралгидромета (А.М. Кямкин), служба внешней дозиметрии БАЭС (И.И. Колтик) предоставили нам свои возможности для проведения практических занятий. Координацию этой непростой работы блестяще выполнил доцент В.Ю. Иванов, впоследствии утвержденный ответственным за эту специализацию. Подготовка учебных планов и дисциплин специализации позволила сформировать на кафедре свою команду, которая в скором времени активно включилась в подготовку областного закона и областной программы по мониторингу окружающей среды, а я был введен в состав экспертного совета по мониторингу областного экофонда, в состав оргкомитета выставки-семинара «Уралэкология». За пару лет в Свердловской области мы уже что-то значили и вышли пусть на небольшое, но финансирование.

Следующее, что было сделано, - оформлены и закреплены партнерские отношения с ИПЭ с тем, чтобы в сравнительно автономном режиме реализовывать свой профессиональный потенциал. Кроме теоретического потенциала на кафедре неявным образом уже был накоплен значительный опыт в обследовании территорий и оценке вклада ЕРН в дозовые нагрузки. Дело в том, что в лаборатории радиометрии и дозиметрии уже длительное время работал в качестве инженера Михаил Жуковский. Потомственный физтех, с детства интересующийся вопросами радиационной безопасности и радиоэкологии, он по воле случая закончил аспирантуру у Ф.Ф. Гаврилова и успешно защитил диссертацию по ZnS. Будучи кандидатом наук, он обслуживал лабораторные практикумы по дозиметрии и радиометрии. Под руководством А.С. Жуковской повышал свой потенциал по РБ, эпизодически выполнял просьбы, заказы в этом направлении: проведение занятий на областных курсах по РБ, организованных Т.А. Бетенековой, участие в разработке прибора-радономера с А.С. Максименко, обследование на радон Сарбайского месторождения в Казахстане и т.п. Ясно было, что не использовать невостребованный потенциал Михаила Владимировича - грех.

Идею создания на кафедре совместной с ИПЭ радоновой лаборатории он горячо поддержал и согласился перейти работать в ИПЭ, оставаясь совместителем на кафедре. В.Н. Чуканов полностью выполнил нашу с ним договоренность, создав под М.В. Жуковского радиационную лабораторию, и совместно с нами открыл вузовско-академическую радоновую лабораторию. Через два года А.С. Жуковская по своему категорическому желанию ушла на пенсию, и ее курс «Метрология ионизирующего излучения» был передан сыну. Так М.В. Жуковский стал доцентом кафедры, одновременно оставаясь заведующим лабораторией ИПЭ. Наш тандем с Михаилом заработал эффективнее во всех направлениях. Надо честно признать, что первые 2-3 года мне пришлось больше половины своего времени тратить только на это направление. Удалось убедить областное руководство в целесообразности создания Центра радиационной безопасности при Облкомприроде, разработать массу документов и выйти на заседание коллегии Облкомприроды. В результате Центр был создан, а профессор А.В. Кружалов был утвержден его научным руководителем.

Первое, что мы сделали, - попытались объединить разрозненных по различным организациям специалистов по РБ и скоординировать их действия. Так в 1995 году был проведен первый областной семинар «Радиационная безопасность человека и окружающей среды», разработан проект областной программы по снижению уровня облучения населения и профессионалов от ЕРН (областная программа «Радон»), создан экспертный совет по РБ при экофонде, организован семинар по проблеме радона для практических работников системы санэпиднадзора. Особое внимание нами было сконцентрировано на проблеме радиофобии. После Чернобыля радиационный фактор стал любимым коньком не только «зеленых», но и многих политических проходимцев. Радиофобия - это своего рода социальная болезнь, отвлекающая население от решения многих актуальных проблем, в том числе проблем техногенных загрязнений в результате деятельности предприятий, коммунальной сферы, автотранспорта и др. Многие политики в мутной воде 90-х годов, подкрашенной радиофобией, сделали карьеры.

Вскоре сложился эффективно работающий четырехугольник:

ОблЦСЭН - Облкомприрода - ИПЭ УрО РАН - УГТУ. Областная программа «Радон» получила признание и достаточно приличное финансирование. Наша команда (М.В. Жуковский, А.П. Рыженьков, А.В. Кружалов), кроме общего руководства, стала вести научно-методическое, метрологическое, кадровое и аппаратурное обеспечение программы. Мы начали с того, что перевели на русский язык и издали в «Энергоатомиздате» публикации 65 МКРЗ «Защита от радона-222 в жилых зданиях и на рабочих местах» и провели методическую работу по единству измерений радона и его ДПР в Свердловской области. Сначала метрологический аспект реализовался на специальном стенде «КАРСТ», а затем, с великими трудностями и приключениями, мы приобрели в Германии лучший в мире по своим метрологическим и сервисным характеристикам радон-монитор «ALFA-GUARD». Стоимость прибора даже по тем деньгам была немалая, но благодаря поддержке Г.Ю. Пахальчака, Правительство области их выделило. Радон-монитор позволял нам претендовать на осуществление давней мечты специалистов зоны Урала и Сибири - организацию поверки радоновых средств измерения здесь, в Екатеринбурге.

До сих пор приходилось с каждым прибором ездить в Москву или Питер ежегодно. Заручившись поддержкой соответствующих служб в Госстандарте России и Уральском центре сертификации и метрологии, мы открыли в 1998 году при кафедре экспериментальной физики поверочную лабораторию радоновых средств измерения. В команду влились новые люди - Г.И. Донцов, Л.И. Волосенцева, по данной тематике появились аспиранты, дипломники и студенты. В 1999 году по тематике радоновой лаборатории защитил первую кандидатскую диссертацию аспирант М.В. Жуковского от ИПЭ Илья Ярмошенко. Диссертации предшествовало опубликование также первой в России монографии «Радон: измерения, дозы, оценка риска». В течение пяти лет научное направление «Комплексная оценка радиационного риска для населения Уральского региона от воздействия природных и техногенных радионуклидов» оформилось, заявило о себе и приносит реальные результаты. Приобретенный научно-практический опыт сразу же сказался на качестве учебно-методического обеспечения спецкурсов: «Радиационная безопасность человека и окружающей среды», «Радиационный мониторинг», «Метрология ионизирующего излучения» и др.

Кратко перечислим, что же сделано за последние годы.

Продолжаются работы по оценке доз облучения населения Уральского региона от радона, торона и их дочерних продуктов распада. Совместно со специалистами ОблЦГСЭН начаты обследования по принципу случай-контроль в городе Карпинске для выявления связи заболеваемости раком легких с уровнями облучения изотопами радона. Изучены закономерности сезонных вариаций объемной активности радона в жилищах, которые зависят от соотношения между диффузным и конвективным поступлением радона. Создана модель вариаций и определены ее параметры, носящие региональный характер. Получены численные значения параметров для условий Среднего Урала. Показана некорректность использования усредненных характеристик сезонных вариаций.

Выявленные закономерности позволяют оптимизировать процедуру массовых радоновых обследований. Выявлены и ранжированы факторы, оказывающие значимое влияние на процессы поступления и накопления радона в жилищах. Факторы первого уровня: тип здания; ранг территории по потенциалу радоно-опасности; второго уровня: этаж (первый или верхний), этажность как комплексный признак для городских зданий; основной строительный материал, количество жителей - для сельских домов. Связь между накоплением радона и комплексом этих факторов носит статистический, вероятностный характер. Анализ выявленных факторов позволяет обоснованно планировать мероприятия по ограничению облучения населения радоном. Обобщены результаты многолетних радоновых обследований на территории Среднего Урала. Средневзвешенное значение среднегодовой ЭРОА изотопов составило 32 Бк/м3, ЭРОА радона - 25 Бк/м3, ЭРОА торона -1,7 Бк/м3. В 5,2% жилищ ЭРОА изотопов радона превышает 100 Бк/м3; в 1,1% жилищ превышает 200 Бк/м3 (нормируемая в России величина). Средняя годовая эффективная доза облучения населения Свердловской области составила 1,5 м3в/год. Коллективная доза облучения населения Свердловской области (4,7 млн. человек) от ингаляционного поступления ЛПР радона и торона составляет 6,8х103 мк3в в год.

Разработана оригинальная модель, описывающая процессы поступления радона в здания и его перераспределения между подвальными и жилыми помещениями. С учетом разработанной модели предложены научно обоснованные инженерные методы снижения объемной активности радона в зданиях, которые рассмотрены в опубликованной монографии «Радоновая безопасность зданий».

Продолжен сопоставительный анализ рисков радиационного и нерадиационного происхождения для населения Свердловской области. С учетом новых данных МКРЗ и Окриджской национальной лаборатории по формированию доз внешнего и внутреннего облучения человека произведена переоценка дозовых нагрузок на население Уральского региона от последствий радиоактивного загрязнения территории Свердловской, Челябинской и Курганской областей в результате деятельности НПО «Маяк». На основании этих данных начата работа по переоценке радиационных рисков для пострадавшего населения с использованием различных моделей экстраполяции риска и современного программного обеспечения. Ведется работа по оценке радиационных рисков для населения области от облучения изотопами радона. При этом используются новые подходы, изложенные в докладе Комиссии по биологическим эффектам ионизирующего излучения (BEIR-VI), позволяющие производить раздельные оценки радиационного риска для курящего и некурящего населения.

Для зоны ВУРСа проведено ранжирование радиационно-индуцированных онкологических заболеваний по вероятности их возникновения. Показана потенциальная роль других источников радиационного воздействия в общей структуре радиационных рисков для населения, проживающего на данной территории в период аварии 1957 года. Исходя из особенностей Уральского региона, рассмотрены три источника, которые вносят наибольший вклад в общую дозу облучения населения зоны ВУРСа Свердловской области: радиационная авария на ПО «Маяк» 1957 года; внутреннее облучение в жилых зданиях и производственных помещениях, обусловленное ингаляцией радона (222Ra и 220Rn) и его ДПР; медицинское диагностическое облучение. По результатам анализа возраст специфической радиационно-индуцированной заболеваемости населения зоны ВУРСа Свердловской области (порядка 380 тыс. чел.) обусловлен двумя основными типами онкологических заболеваний: лейкемией и злокачественными новообразованиями. Максимум заболеваемости радиационно-индуцированной лейкемией пришелся на 1960-64 г.г. и составил для мужчин 2-3 случая в год, для женщин - 1 случай в год; для индуцированных злокачественных новообразований максимум заболеваемости для мужского населения ожидается в 2012-2020 г.г. - около 9 случаев в год, для женщин - в 2016-2024 г.г. - до 8 случаев в год. Совместно с ИПЭ УрО РАН организовано пилотное исследование дозовых нагрузок от природных источников излучения в Иссык-Кульской области Киргизии. Для жилых помещений Уральского региона, Иссык-Кульской области Киргизии, региона Горная Штубла (Югославия) получены корреляционные зависимости связи OA радона в помещениях с географическими особенностями территорий, конструкции зданий, сезоном измерения, этажностью и т.д.

Продолжает функционировать региональная поверочная лаборатория радоновых средств измерения. В 2000 г. осуществлена поверка 42 радоновых приборов из 4 областей Уральского региона. Разработан метод определения «свободной» фракции ДПР радона в воздухе. Проведены работы по разработке контрольного источника радона. Сотрудники радоновой лаборатории поддерживают контакты с ведущими центрами в области радиационной безопасности России и Европы.

Начаты совместные научные исследования с Институтом ядерных исследований «Винча» (Югославия), в ходе которых проанализированы результаты радоновых обследований, проведенных в некоторых районах Югославии. Установлено, что некоторые обследованные регионы, особенно Косово, должны быть отнесены к территориям с высоким уровнем естественного радиоактивного фона. Данные работы проведены с участием специалистов из Ирландии, Бельгии, Италии, Греции и др. стран. В ходе взаимных визитов в Югославию и Россию обсуждены результаты в перспективы научного сотрудничества. На различных конференциях в России, Югославии и Германии представлены совместные доклады.

Другим обязательным направлением деятельности кафедры, на мой взгляд, является участие ее специалистов в образовательных программах различного уровня. Основы этой деятельности заложены Т.А. Бетенековой: в 1990 году на базе физико-технического факультета были организованы курсы по РБ для специалистов, работающих с ионизирующим излучением в различных отраслях народного хозяйства. Однако в 1995-96 годах, в связи с введением лицензирования, работа курсов была прекращена. Требовался новый подход, новый уровень организации. Лицензии, выдаваемые органами Госатомнадзора, подразумевают соответствующую подготовку и аттестацию специалистов. После длительных дискуссий с начальником Уральского округа ГАН РФ Коркиным В.М. рождается вариант создания Центра лицензионной подготовки специалистов по РБ на базе Уральского регионального экспертно-сертификационного центра («Уралрэсцентр») и кафедры ЭФ УГТУ. В течение года плотной работы команда под руководством директора «Уралрэсцентра» Владыкина А.Н. и заведующего кафедрой ЭФ подготовила все документы, учебные программы, методические материалы и получила лицензию на право ведения этой деятельности. В 2000 году Центр начал работать. Его директором был назначен доцент кафедры ЭФ К.В. Баутин. За год работы через Центр прошло около 200 специалистов.

Воспоминания о кафедре экспериментальной физики

Мазуренко владимир гаврилович

заведующий кафедрой теоретической

физики и прикладной математики

На кафедру экспериментальной физики попал я на 5 курсе. Тогда я учился на кафедре теоретической физики и один мой приятель с кафеды экспериментальной физики стал меня агитировать пойти на науку к аспиранту Чолаху Сейфу Османовичу. Как-то мы с этим приятелем стояли в коридоре физтеха и разговаривали. В это время мимо стремительно двигался Чолах С.О. с книгой Нокса «Теория экситонов». Он остановился, открыл ее на произвольной странице, ткнул пальцем в одну из формул и спросил меня:

- Что это такое? Я ответил:

- Это матричный элемент оператора.

Экзамен был сдан. Сейф Османович предложил мне идти на науку к нему и заниматься расчетами электронной структуры гидрида лития. Я согласился. Так началась моя научная жизнь на кафедре экспериментальной физики. Она не ограничивалась чисто теоретической работой, приходилось периодически дежурить ночью в лаборатории и поддерживать нужный режим установки при росте кристаллов LiH.

Спать при этом приходилось на столе. В одно из таких дежурств заснул, проснулся - кругом вода. Прорвало шланг, воду закрыл, собрал всю , никто ничего не заметил. Наверное, в это дежурство был выращен кристалл LiH с необычными свойствами. На преддипломную практику и дипломирование я был направлен Чолахом С.О. в Тарту к Завту Григорию Самуиловичу.

Это было прекрасное время общения с большим ученым. После защиты диплома я уехал работать ассистентом кафедры физики в Тюмень. Но, видимо, судьбой мне было назначено жить и работать в Свердловске. Поэтому через два года я поступил в очную аспирантуру на кафедру экспериментальной физики. Формальный научный руководитель был Ф.Ф. Гаврилов, а микрошеф - Б.В. Шульгин. В то время на кафедре ощущалась большая потребность в теоретической интерпретации экспериментальных результатов группы Шульгина Б.В. по люминесценции и спектрам поглощения ионно-ковалентных кристаллов. Б.В. Шульгин поставил мне задачу освоить физику и методы расчетов фононных спектров кристаллов. За два года мне это удалось сделать. Но это было повторение пути, пройденного другими. Конечно, этот путь был необходим, т.к. никто даром готовые программы не отдал бы. Для написания диссертации и использования созданных программ необходимы были новые идеи. Тут в очередной раз все необходимое оказалось рядом. Кружалов Александр Васильевич в это время активно работал над исследованием фундаментальных свойств оксида бериллия, обладающего рядом необычных свойств. Он предложил мне применить разработанные методики и программы для исследования свойств ВеО, связанных с фононной подсистемой. Работа в этом направлении под руководством Кружалова А.В. завершилась достаточно быстро защитой кандидатской диссертации. Аспирантские годы и время, проведенное на кафедре экспериментальной физики, вспоминаешь с большим удовольствием. Это жизнь в большом дружном коллективе, где мы вместе трудились и отдыхали.

Электрофизическая лаборатория уральского физтеха

Двинянинов борис леонидович

начальник ЭФЛ в 1963-67 г.г.

С электрофизической лабораторией (ЭФЛ) у меня связаны 1963-67 годы. О них я и хочу рассказать. По моим представлениям, историю ЭФЛ можно разбить на три периода. Это романтика запуска, будни освоения техники и нормальный режим работы. Я стал руководителем ЭФЛ в 1963 году, когда уже шел второй период - период освоения техники. В 1963 г. ЭФЛ состояла из трех ускорителей. Это циклофазотрон, работающий в циклотронном режиме, электростатический ускоритель ЭГ-2.5, работающий в режиме ускорения ионов, с газовой станцией ГЖАК-20 и бетатрон на 15 МэВ. Был еще маленький бетатрон на 5 МэВ, но он не использовался. Бетатрон на 15 МэВ начал выдавать излучение в 1957 году. Излучение было неустойчивым и сравнительно малой интенсивности. На мощность, близкую к проектной, он был выведен к концу 1958 года.

В ноябре 1958 г. на расстоянии метра от мишени по оси пучка средняя мощность излучения составила 1300 Р/час. Проведенные измерения показали, что стены помещения требуют дополнительной защиты. На ее установку потребовался еще год. Наконец, 23.09.59 г. бетатрон был введен в эксплуатацию. Позднее, в 1963 г., было определено, что максимальная энергия тормозного излучения бетатрона составляет 12 МэВ. 30.04.60 г. подписан акт об окончании монтажа циклофазотронной установки с энергией дейтонов 13,5 МэВ в циклотронном варианте и 21 МэВ в фазотронном. Но за прошедший период часть оборудования морально устарела, в частности ионный источник, система питания нити накала источника, конструкция камеры, система измерения тока пучка, вакуумные насосы. В результате вся дальнейшая эксплуатация циклотрона в течение многих лет проводилась одновременно с его модернизацией.

К 1962 г. удалось под руководством руководителя циклотрона Хрусталькова Г.В. разработать конструкцию ионного источника и получить пучок ускоренных дейтонов на внутренней орбите величиной несколько сот микроампер. На внешний фланец пучок был выведен в 1963 году с током 10-20 микроампер. Электростатический ускоритель ЭГ-2.5 был принят из монтажа 23.12.60 г., но работу начал только в конце 1961 года в ионном варианте, когда была пущена газовая станция ГЖАК-20. Протоны ускорялись до энергии 700-900 Кэв в зависимости от погоды. Предельная величина ускоряемого напряжения определялась утечкой зарядов за счет ионизации воздуха.

В электронном варианте ускоритель не запускался. Научно-исследовательской работой на бетатроне занималась доцент Суханова К.А. и начальник бетатрона Пузанов А.А. Начальник ЭГ-2.5 Морозов Ю.Н. пытался наладить работу по влиянию ионизирующих излучений на магнитные свойства металлов, в частности, пленок Ni-Мn. На циклотроне под руководством Штольца А.К. проводилось освоение техники производства радиоактивных изотопов. Общее научное руководство ЭФЛ осуществлял заведующий кафедрой Гаврилов Ф.Ф.

Романтический настрой у работников ЭФЛ первого периода времени подогревался, естественно, уникальностью техники. На нее многие высокие посетители приходили смотреть, как на какой-то экспонат в кунсткамере. Работать на ней было интересно, а ввиду малой зарплаты и плохих жилищных условий работали практически на голом энтузиазме в ожидании "светлого будущего". На подобных ускорителях в других городах страны оклады были в 1,5-2 раза выше. Жили надеждой, что это коснется и ЭФЛ. Надо лишь освоить ускорители, достроить измерительную лабораторию. Появится научно-исследовательский коллектив, заинтересованный в работе ЭФЛ, оклады, жилье. Но... Время шло, а "светлое будущее" так и не наступало. Началось отрезвление. К середине 1962 года уволился начальник ЭФЛ Буравлев С.А., начальник циклотрона Хрустальков Г.В., начальник ЭГ-2.5 Самарин В.Г., начальник газовой станции Безручко Б.З.

В наиболее катастрофическом состоянии оказался циклотрон. Более сложная техника требовала большего опыта работы. А откуда тогда было взять этого опыта? На циклотроне, например, к осени 1962 г. осталось только два ст. инженера, имеющих опыт работы на ускорителе. Это Грибченков В.В. и Ослоповских Г.Н. За последующие два года сменилось пять начальников циклотрона.

Как только циклотрон начал "дышать", с него потребовали "отдачу". И вот работникам циклотрона приходилось разрываться между эксплуатацией неосвоенной, требующей доводки, установки и ее усовершенствованием. В нормальном рабочем режиме работал лишь бетатрон, как наиболее простой из ускорителей. Большая заслуга в этом принадлежит Веснину Г.М. - это буквально мастер на все руки. Трудолюбивый, добросовестный, очень ответственный работник. Стабильно работала газовая станция, возглавляемая Е.С. Спеваком. Газовая станция обеспечивала жидким азотом как ЭФЛ, так и весь институт. Постоянные поломки преследовали и ЭГ-2.5. Ускоритель так же, как и циклотрон, лихорадило из-за постоянной текучки кадров. Менялись и начальники ускорителя. Например, уже при мне в феврале 1964 г. Морозов Ю.Н. передает установку Лещенко Ю.И., а тот в августе 1964 г. - Кирсанову В.В. Затем, в феврале 1965 г., руководителем установки становится Резниченко Г.И., потом Стадухин В.М.

Работу циклотрона, как следует из сказанного, нормальной назвать было нельзя. После ухода Хрусталькова прошла чехарда смены начальников и сотрудников циклотрона, что не могло не сказаться на его работе. Работоспособный коллектив для эксплуатации ускорителя начал создаваться в 1964 году. Работы на циклотроне возглавили "три товарища, три веселых друга" - Блинчик Б.Д. (руководитель), Сметанин Г.И. и Ушаков Ю.А. Как мне представляется, эта троица и начала "вытягивать" циклотрон из болота неурядиц. После того, как Блинчик Б.Д., отработав положенный после распределения срок, уволился, циклотрон возглавил Сметанин Г.И.

Я считаю, что только благодаря Сметанину Г.И., невероятному умению и желанию приносить пользу или, другими словами, "горению на работе" и невероятной ответственности за порученную работу на циклотроне удалось создать то нормально работающее состояние машины, в котором циклотрон сейчас находится. Геннадий Иванович работал по 2-3 смены, домой уходил только отсыпаться. Много добрых слов в этом отношении можно сказать и об Ушакове Ю.А. Я считаю, что таким людям памятник ставить надо.

На циклотроне удалось сделать и второй, как мне кажется, существенный шаг в налаживании его нормальной работы. Я имею в виду создание условий, обеспечивающих выполнение хотя бы простейших требований техники безопасности при работе с радиоактивными излучениями. Сейчас кажется странным, а тогда даже в машинном зале, даже при ремонтах работали в своей одежде. Из машинного зала в пультовую бегали через всю кафедру. Индивидуального дозиметрического контроля практически не было.

Именно тогда, в условиях жесткой нехватки средств, был покрыт пластикатом пол в машинном зале. Спроектирована (главный конструктор Кадочников Ю.А.) и построена лестница из пультовой в машинный зал, пробита дверь в двухметровой железобетонной стене, организована душевая комната, "выбиты" халаты и тапочки. Всего не перечислишь. От развития работ по производству радиоактивных изотопов на циклотроне мы отказались уже в 1964 году. С моей точки зрения, производство изотопов в ЭФЛ можно рассматривать лишь как временную меру. Энергия ускоренных частиц в циклотронном варианте лишь немногим превышала пороговые энергии начала реакции, поэтому выход реакции был мал. Соответствующих условий для соблюдения правил техники безопасности при работе с радиоактивными изотопами тогда не было. Более того, это даже не предусматривалось проектом. О работах на ЭГ-2.5 мне запомнилось, помимо всяких неувязок, то, что удалось поднять энергию ускоренных протонов до 1,5 МэВ за счет работы с давлением воздуха под котлом в 8 атм, получить нейтроны на тритий-бериллиевой мишени с плотностью потока 108 н/см2·с. На бетатроне вначале пытались заниматься дефектоскопией больших толщин применительно к прокатным станам НТМК(г. Н.Тагил). Но... Не выдержали конкуренции с Томском. Пришлось заняться чисто теоретическими вопросами - исследованием вторичного бетатронного излучения при прохождении его через барьеры из различных материалов. Первой ласточкой в этом направлении была защита диссертации Зольниковым П.П., посвященная прохождению излучения через плоские барьеры. В дальнейшем работа была продолжена Голиковым Е.Г. применительно к барьерам более сложных конфигураций. Вспоминается также интересный эпизод по изучению изменения поля плотности грунта вблизи свайных фундаментов. Работа проводилась совместно с аспирантом строительного факультета Дубовым К.

Таковы, как мне представляется, довольно скромные результаты работы ЭФЛ в течение второго периода ее истории, который можно назвать "будни освоения техники". Несмотря на то, что ускорители работали неважно, делались все-таки попытки организации научно-исследовательских работ в ЭФЛ. Вот названия некоторых тем, утвержденных ученым советом ФТФ на период 1965-67годов:

• исследование ядерных реакций на циклотронных пучках;
• изучение прямых ядерных реакций с помощью многозарядных частиц;
• расчет выхода ядерных реакций и уровней возбуждения легких и средних ядер на дейтонных пучках и их экспериментальная проверка;
• разработка новых методик выделения радиоактивных изотопов из циклотронных мишеней;
• исследование физических процессов при дефектоскопии на бетатроне;
• влияние ионизирующих излучений на поверхностные свойства металлов и сплавов;
• изучение радиационных эффектов на монокристаллах ZnS.

Работа по выполнению некоторых тем шла вполне успешно, по некоторым только теплилась, а ряд работ пришлось закрыть в связи с уходом исполнителей. Но это уже материал для другой статьи. Третий период истории ЭФЛ, который я бы назвал "нормальный режим работы", связан с приходом на должность начальника лаборатории А.А. Пузанова. Арий Александрович дипломировал на бетатроне под руководством К.А. Сухановой, а затем продолжил образование в аспирантуре при Московском госуниверситете. Его руководитель Тулинов А.Ф. начал разрабатывать совершенно новое тогда явление - каналирование заряженных частиц в кристаллах. К этой работе был привлечен и Пузанов А.А.. Перед ЭФЛ открывалась перспектива проведения подобных исследований сначала на ЭГ-2.5, затем и на циклотроне. В основе успешного осуществления этой перспективы лежал тот факт, что Тулинов А.Ф. обещал финансовую поддержку лаборатории. Обладая таким приданым, позволявшим обеспечить стабилизацию кадров, Пузанов и открыл третий период в истории ЭФЛ - период нормального режима работы.

НИЭФЛ: годы, люди, проблемы, перспективы

Научно-исследовательская электрофизическая лаборатория (НИЭФЛ) на кафедре №24 образована по постановлению Совмина СССР в 1955 году. Первым начальником НИЭФЛ был назначен С.А. Буравлев. Предполагалось оснастить лабораторию комплексом современных ядерно-физических установок, призванных решать следующие задачи: обучение студентов на уникальном оборудовании, проведение научно-исследовательских работ и выпуск радиоизотопной продукции для Уральского региона. В комплекс входили: 120-см циклотрон Р-7 для ускорения заряженных частиц до энергий 30 МэВ; электростатический генератор ЭГ-2.5 на 2,5 МэВ, рассчитанный на работу в ионном и электронном варианте; два бетатрона - ускорителя электронов с максимальными энергиями 5 и 15 МэВ. Учебно-исследовательский ядерный реактор типа ИВВ-2М планировалось строить за пределами города, но из-за отсутствия подходящей площадки реализация проекта была отложена. Впоследствии реактор был построен в Заречном, успешно функционирует до настоящего времени. На его базе создан уникальный исследовательский центр Минатома.

В 1959 году были сданы в эксплуатацию первые ускорители - бетатроны, а в 1960 году подготовлен к эксплуатации циклотрон. Этот начальный период создания НИЭФЛ отмечен активным участием в работах всех сотрудников и студентов кафедры. Нелегко шла эта работа. Но за радостью победы забылись перебои в поставках оборудования, недостаток кадров, тяжелый физический труд. Бетатроны стали использоваться для проведения учебных практикумов и выполнения дипломных работ студентов.

На циклотроне по заказу Госкомитета по атомной энергии в 1961 году было запланировано производство изотопов 22Na и 54Мп, но это задание из-за неустойчивой работы ускорителя выполнить удалось с большими трудностями. На ЭГ-2,5 делались попытки вести научно-исследовательскую работу по исследованию влияния излучения на магнитные свойства металлов.

С 1959 года заведующим кафедрой экспериментальной физики и одновременно научным руководителем проблемной НИЭФЛ стал доцент Гаврилов Филипп Филиппович. Организация работ по функционированию НИЭФЛ стала более результативной. Был сдан в декабре 1961 года электростатический генератор ЭГ-2.5, монтаж которого проходил параллельно с монтажом других ускорителей. Однако первый пучок протонов на нем получили лишь год спустя, когда была запущена станция жидкого и газообразного азота. Все годы ЭГ-2.5 работал только в ионном варианте. Первым начальником его был Самарин В.Г.

Таким образом, на монтаж и запуск всех запланированных ускорителей НИЭФЛ ушло 6 лет.

Вместе с тем стабильность их работы, особенно циклотрона и ЭГ-2.5, оставляла желать лучшего. Часть оборудования за это время морально устарела и требовала модернизации. Причинами такого положения являлись и несовершенство конструкций ускорителей, и невысокое качество монтажа из-за жестких временных требований к запуску, и недостаток опыта обслуживающего персонала. Для успешного функционирования таких сложных установок требовался не только высококвалифицированный обслуживающий персонал, но и высокопрофессиональные руководители электрофизической лаборатории. Однако по разным причинам в шестидесятые годы чередой идет смена начальников НИЭФЛ: С.А. Буравлева сменяет А.К. Штольц, потом - В.Н. Рождественский.

В ноябре 1963 г. руководителем НИЭФЛ был назначен Двинянинов Борис Леонидович. С его приходом уровень руководства лабораторией был значительно поднят - сказывались годы работы на таком объекте, как Челябинск-40. В марте 1964 года сдается в эксплуатацию измерительная лаборатория циклотрона, строительство которой продолжалось более двух лет. Не прекращаются попытки добиться увеличения должностных окладов и решения жилищных проблем путем обращения во всевозможные инстанции вплоть до ЦК КПСС. Организуются поездки сотрудников ЭГ-2.5 и циклотрона в ведущие ядерные центры страны с целью ознакомления с опытом работы подобных установок. В целевой аспирантуре Московского университета для НИЭФЛ обучается выпускник кафедры Пузанов А.А., дипломировавший и работавший до этого на бетатроне.

Состояние дел на ускорителях в период 1963-1967 г.г. можно охарактеризовать следующим образом. В нормальном режиме работали только бетатроны, на которых помимо учебного процесса занимались дефектоскопией материалов (Суханова К.А., Голиков Е.Г.). Газовая станция, возглавляемая Спеваком Е.С., регулярно обеспечивала потребности в жидком азоте не только ЭГ-2.5, но и весь институт. На электростатическом генераторе, несмотря на постоянные поломки и неустойчивую работу, удалось поднять энергию ускоренных протонов до 1,5 МэВ и получить нейтроны на тритий-бериллиевой мишени. На циклотроне начинается модернизация отдельных узлов и подготовка к выводу пучка в исследовательскую камеру «Д». Проводятся работы по облучению мишеней для выделения радиоактивных изотопов, которые прекращаются из-за их низкой эффективности. Эксплуатационный персонал ускорителей пополняется за счет выпускников как кафедры №24 1963-1964 г.г. (Суворов В.В., Панов В.П., Багаев В.Н., Ядровский Е.Л., Стадухин В.М.), так и других факультетов УПИ (Блинчик Б.Д.).

Однако большая текучесть кадров из-за низкой оплаты труда, нестабильной работы ускорителей, отсутствия научных перспектив сводили на нет все усилия руководства лабораторией. Именно в это время с ознакомительными целями приехал А.Ф. Тулинов, профессор МГУ, научный руководитель целевого аспиранта нашей кафедры А.А. Пузанова. Ознакомившись с состоянием дел на циклотроне и электростатическом генераторе, встретившись с заведующим кафедрой Ф.Ф. Гавриловым, сотрудниками лаборатории, А.Ф. Тулинов убедил их начать работы в области ядерной физики, обещая оказать в этом содействие.

В марте 1967 года начальником НИЭФЛ назначается закончивший аспирантуру А.А. Пузанов. С этого времени зарождается самая значительная в лаборатории тема: изучение и использование эффектов каналирования теней при взаимодействии заряженных частиц с монокристаллами. Для проведения экспериментов на ЭГ-2.5, которые начали В.М. Стадухин и В.Н. Багаев, была изготовлена специальная камера рассеяния и проведены работы по выводу стабильного пучка протонов с энергией 200-600 кэВ в измерительную лабораторию.

Заметным событием тех лет стал первый хозяйственный договор на 5 тыс. рублей, заключенный по инициативе А.Ф. Тулинова между НИИЯФ МГУ и НИЭФЛ, суть которого состояла прежде всего в материальной поддержке начинающих экспериментаторов. Несколько позднее (1968 г.) интерес к исследованиям проявил другой профессор НИИЯФ МГУ - B.C. Николаев. По его инициативе циклотрон был введен в режим ускорения многозарядных ионов. Исследования по взаимодействию ионов азота, неона и аргона с газообразными средами проводились Ю.С. Володягиным. На первых порах работы финансировались за счет небольших хозяйственных договоров, что позволило материально хоть как-то поддерживать экспериментаторов и обслуживающий персонал ускорителей.

Заведующим кафедрой Ф.Ф. Гавриловым, начальником НИЭФЛ А.А. Пузановым при поддержке А.Ф. Тулинова проводилась целенаправленная систематическая работа по созданию и укреплению кадрового состава НИЭФЛ. В лабораторию распределяются выпускники кафедры 1968 г. В.А. Астрелин и Ф.Г. Нешов. Последний вскоре был направлен на восьмимесячную стажировку на циклотрон НИИЯФ МГУ. По новой тематике поступают в аспирантуру кафедры В.Н. Багаев (1967 г.), Ю.С. Володягин (1968 г.), Ф.Г. Нешов (1969 г.). Электростатический генератор возглавил выпускник кафедры В.И. Рыбалкин. В 1969 г. два студента 4 курса физтеха Арбузов В.Я. и Еремин Н.В. были направлены для завершения учебы в МГУ с последующим распределением их в НИЭФЛ.

Предложенная Ф.Ф. Гавриловым практика использования молодых специалистов на эксплуатации ускорителей в течение трех лет, а затем переход на исследовательскую работу, позволила заметно снизить остроту кадровой проблемы. Постепенно научная работа в лаборатории оживляется. В 1968 году А.С. Жуковская защитила кандидатскую диссертацию «Разработка методик выделения радиоактивных изотопов из циклотронных мишеней» - первую диссертацию по результатам, полученным на циклотроне. Под руководством доцента Сухановой К.А. на бетатроне научные исследования выполняются аспирантом П.П. Зольниковым.

Несмотря на стабильную работу 15 МэВ-бетатрона, для проведения работ по активационному анализу интенсивности его пучка и энергии не хватало. Поэтому, когда представилась возможность приобрести в Челябинске-70 бетатрон на 25 МэВ, ее не упустили, хотя требовалось менять магнит и ускорительную камеру. Так, в НИЭФЛ в 1968 году появился, был смонтирован и запущен новый бетатрон, на котором исследования проводятся до настоящего времени.

Важнейшим моментом последующей успешной работы НИЭФЛ явилось Постановление Госкомитета СССР по науке и технике №182 от 14 мая 1969 г. о проведении НИР «Исследование радиационных дефектов в кристаллах с помощью эффекта теней», лоббистом которого был А.Ф. Тулинов. Под эту работу НИЭФЛ был выделен фонд заработной платы - 44 тыс. рублей в год и 35 штатных единиц, что увеличило объем финансирования и штаты лаборатории примерно в два раза. Дополнительное финансирование позволило решить многие кадровые, финансовые и материально-технические проблемы НИЭФЛ.

После распределения в 1970 г. большой группы выпускников кафедры (Андреев B.C., Ведьманов Г.Д., Казак Л.А., Петров В.Л., Пяткова Т.М., Майоров В.Н., Обухов В.Т., Хропин Г.Ю.) и выпускника МГУ Смирнова В.Я. состав НИЭФЛ стабилизировался. Были сформированы работоспособные группы экспериментаторов на ЭГ-2.5 и циклотроне, а также полноценные коллективы обслуживающего персонала ускорителей. Все это позволило проводить работы в три смены с максимальной эффективностью.

Важным этапом в развитии и укреплении НИЭФЛ явился приказ по Министерству высшего и среднего образования РСФСР от 18 октября 1971 г. о присвоении проблемной лаборатории категории по оплате труда, что позволило ввести в ее штат старших и младших научных сотрудников и организовать научно-исследовательскую работу на более высоком уровне. Вот некоторые из научных направлений, разрабатываемых в 1969-1975 г.г. на ускорителях НИЭФЛ:

• радиационная дефектоскопия (руководитель К.А. Суханова);
• разработка гамма-альбедных методов контроля материалов и изделий (руководитель П.П. Зольников);
• спецтематика для предприятий оборонной промышленности (руководитель Е.Г. Голиков);
• исследование взаимодействия многозарядных ионов с монокристаллами (руководитель A.А. Пузанов);
• изучение явлений перезарядки многозарядных ионов при прохождении через газообразные среды (руководитель B.С. Володягин);
• изучение выхода характеристического рентгеновского излучения при возбуждении многозарядными ионами (руководитель В.Я. Смирнов).

Продолжается совершенствование отдельных узлов и улучшение параметров пучков ускорителей. Особенно это относится к циклотрону. В 1973 г. была приобретена и сдана в эксплуатацию новая, более производительная станция жидкого азота АЖК-0,02, так как старая уже не обеспечивала потребностей исследовательских групп. Для эксплуатации газовой станции было выделено восемь ставок учебно-вспомогательного персонала. Начальником станции был назначен В.И. Шахов, а затем В.Х. Терещенко.

Лаборатория продолжает готовить для себя кадры высшей квалификации. В 1972 г. защищает кандидатскую диссертацию В.Н. Багаев, полностью выполнивший ее на ЭГ-2.5. Несколько позже это делают П.П. Зольников (1973 г.), Ю.С. Володягин (1974 г.), Ф.Г. Нешов и В.Я. Смирнов (1975 г.). Стажировку в НИИЯФ МГУ проходит B.C. Андреев, а в целевую аспирантуру направляется Г.Д. Ведьманов. К середине 70-х годов на циклотроне и ЭГ-2.5 были созданы современные по тем временам измерительные комплексы, оснащенные дорогостоящей импортной и отечественной аппаратурой, спектрометрами заряженных частиц, рентгеновского и гамма-излучения. Результаты работ НИЭФЛ публикуются в престижных зарубежных и отечественных журналах. Количество публикаций постоянно растет. Сотрудники НИЭФЛ активно участвуют в работе различных Всесоюзных и международных конференций и, прежде всего, в ежегодных совещаниях по взаимодействию тяжелых заряженных частиц с монокристаллами, организуемых под руководством профессора А.Ф. Тулинова в Москве.

пузанов Арий Александрович

В 1972 году начальнику НИЭФЛ А.А. Пузанову совместно с сотрудниками нескольких институтов ядерных исследований страны была присуждена Государственная премия СССР в области науки и техники за цикл работ, выполненных в этом направлении. Проблемная электрофизическая лаборатория становится признанным центром по применению методов ядерной физики в различных областях науки и техники. В этот период результаты научных исследований внедрялись в промышленность страны главным образом путем выполнения хозяйственных договоров с предприятиями министерств среднего машиностроения, электронной и радиопромышленности. При этом объем договоров, например, с 1969 по 1976 годы увеличился с 15 до 100 тыс. руб. 23-25 июня 1976 года на базе НИЭФЛ по инициативе академика Флерова Г.Н. было проведено выездное заседание Научного совета АН СССР по проблеме «Приложение методов ядерной физики в смежных областях» с участием многих учреждений и предприятий Уральского региона.

В решениях сессии проводимые в этом направлении работы НИЭФЛ были одобрены и высказано предложение о целесообразности расширения в Уральском политехническом институте работ по использованию пучков заряженных частиц и гамма-квантов для элементного анализа вещества. Для этих целей предусматривалось выделение НИЭФЛ нового ускорителя - микротрона. В соответствии с этими рекомендациями Минсредмаш в 1976 году поставляет микротрон МТ-20. Помимо элементного анализа на нем планировались работы по исследованию радиационных эффектов в материалах, подвергнутых интенсивному облучению, и по дефектоскопии крупногабаритных деталей. Для установки микротрона и ввода его в эксплуатацию потребовалось выполнить огромный объем работ.

Был перестроен большой бетатронный зал, а в препаро-вочном зале НИЭФЛ построено два этажа помещений под пультовую и исследова-тельскую лабораторию.

Сдача микротрона в эксплуата-цию прошла в августе 1980 года.

В конце 1976 года на циклотроне по постановлению ЦК КПСС и СМ СССР начинает выполняться НИР по изучению процессов перезарядки и рассеяния быстрых отрицательных ионов водорода в газовых мишенях. Получение коллимированного пучка отрицательных ионов водорода с энергией 10 МэВ и изучение его взаимодействия с газовыми мишенями различной плотности и состава потребовало кардинальной модернизации циклотрона.

В марте 1981 года был выведен стабильный пучок Н--. Исключительно важную роль в модернизации циклотрона сыграл Г.И. Сметанин. Реконструкция циклотрона позволила ускорять положительные и отрицательные ионы водорода в диапазоне от 5 до 15 МэВ, ионы гелия-3 - от 14 до 36 МэВ. Кроме того, значительно расширился ассортимент ускоряемых тяжелых ионов, появилась возможность варьирования их энергии. Была создана уникальная экспериментальная установка (руководитель Г.Д. Ведьманов), позволяющая формировать пучки ионов с угловой расходимостью 10-6 рад. В целом, весь комплекс исследований, определенный правительственным заданием, был выполнен.

Метод радиоактивных индикаторов диффузионных процессов

в сложнооксидных керамических материалах

Это научное направление занимает особое место в работе НИЭФЛ и кафедры.

Оно было заложено в 1973 году доцентом, к.х.н. А.С. Жуковской.

жуковская аза семёновна

Метод радиоактивных индикаторов является наиболее информативным при диффузионных исследованиях. Изучению диффузионного массопереноса в керамических материалах большое внимание всегда уделялось в работах японских, американских и английских ученых. Но в СССР и России фундаментальные исследования диффузии в оксидных керамических материалах велись только на кафедре экспериментальной физики УПИ. Вероятно, это связано со сложностью использования радионуклидов.

Интерес к диффузионным исследованиям связан с тем, что большинство сложных оксидных материалов, находящих широкое практическое использование, получают по твердофазной технологии. Как правило, уже на начальных стадиях взаимодействия возникающий слой продукта нарушает контакт между исходными фазами, в результате чего процесс становится диффузионно-контролируемым. Лимитирующая роль стадии диффузионного массопереноса при реализации технологических схем получения неорганических материалов и изделий из них делает изучение диффузионных процессов одной из важнейших проблем химии твердого тела как в плане возможных путей оптимизации технологических режимов, так и в плане получения материалов с заданными свойствами.

За 28 лет исследовали диффузию собственных атомов решетки и примесей в самых различных материалах: молибдатах, вольфраматах, ферритах, ванадатах, цирконатах, керамике и многих других оксидных соединениях. Исследования широкого круга объектов позволили установить зависимости их транспортных свойств от кристаллических особенностей структуры, термодинамических параметров среды, степени кристалличности материала, наличия иновалентных примесей и др. По результатам исследований за эти годы опубликовано более 70 статей, сделано 40 докладов на конференциях, защищены 2 кандидатские диссертации. Ежегодно в лаборатории выполнялись студенческие дипломные работы. Многолетние научные контакты связывают лабораторию с УрГУ и ИХТТ РАН.

В рамках модернизации циклотрона в 1979 г. для НИЭФЛ была приобретена ЭВМ 4-го поколения «Наири-4». Начальником машины назначается выпускник кафедры В.П. Шубин. Для ее обслуживания было выделено 18 единиц учебно-вспомогательного персонала - программисты, операторы, электроники и математики. Это позволило организовать в НИЭФЛ теоретическую группу под руководством А.Р. Урманова и группу по обеспечению модернизации циклотрона и автоматизации эксперимента.

Г.Д. Ведьманов и М.С. Денин

обсуждают расходимость пучка

нейтронов

В связи с монтажом микротрона и реконструкцией циклотрона основные научно-исследовательские работы в этот период велись на электростатическом генераторе по тематике «Исследование взаимодействия протонов с монокристаллами» и ряду смежных тем. В этот период было выполнено множество госбюджетных и хоздоговорных тем, защищены кандидатские диссертации Г.Д. Ведьмановым, B.C. Андреевым, Л.А. Казак, Т.М. Пятковой, А.Р. Урмановым.

Таким образом, в течение 1976-1981 г.г. в НИЭФЛ проводились огромные по объему и значимости работы, требовавшие большого напряжения сил всего коллектива лаборатории и кафедры в целом. С целью успешного и более эффективного их выполнения в январе 1979 г. ректором был издан приказ об образовании в электрофизической лаборатории двух самостоятельных отделов.

Первый  - «физика ион-атомных столкновений» - базировался на циклотроне и ЭГ-2.5, их эксплуатационных и исследовательских группах. Заведующим отделом был назначен Ф.Г. Нешов, научным руководителем - А.А. Пузанов.

Второй - «радиационная физика» - базировался на микротроне и бетатронах. Заведующим отделом был назначен В.Я. Смирнов, научным руководителем - профессор B.C. Кортов. Общее научное руководство лабораторией осуществлял заведующий кафедрой Ф.Ф. Гаврилов, а с 1980 г. научное руководство перешло к Б.В. Шульгину. В период 1981-1990 г.г.

НИЭФЛ работала относительно стабильно. Почти все ускорители обеспечивали экспериментальные группы пучками заряженных частиц и гамма-квантов. Исключение составил лишь микротрон, эксплуатация которого была приостановлена на длительный срок в результате несчастного случая в 1986 г. и возобновлена только в 1990 году после реконструкции всей системы обеспечения безопасности работ.

Многообразие госбюджетных НИР, выполнявшихся тогда в НИЭФЛ, видно из их названий:

• изучение взаимодействия заряженных частиц с твердым телом (Пузанов А.А.);
• использование радиоактивных индикаторов для изучения процесса диффузии в твердых телах (Жуковская А.С.);
• исследование электронно-оптических свойств полупроводников и диэлектриков (Шульгин Б.В.);
• разработка приборов и устройств ядерной электроники (Коссе А.И.);
• разработка методик и проведение активационного анализа для предприятий Уральского региона (Смирнов В.Я.);
• изучение спектров гамма-излучения, отраженного от сложных многокомпонентных объектов (Голиков Е.Г.).

Помимо госбюджетных выполнялись и хоздоговора, которые проводились в основном на ЭГ (Багаев В.Н). Финансирование по госбюджетным темам, составляющим основу существования лаборатории, в начале 80-х годов начинает медленно, но неуклонно снижаться. Так, в 1981 г. фонд заработной платы составлял 95.8 тыс. руб., в 1982 г. - 88.7 тыс.-руб., в 1983 г. - 77.5 тыс. руб. В 1985 году лаборатория переводится на первую категорию оплаты труда научных сотрудников, однако делается это в пределах существующего фонда заработной платы.

Начало 90-х годов характеризуется резким уменьшением финансирования электрофизической лаборатории по госбюджетной тематике. Хозяйственные договоры, выполняемые в основном с предприятиями Минсредмаша и Минэлектронпрома, также почти прекращаются. Следствием этого стало заметное сокращение штатов НИЭФЛ. В 1992-93 годы в лаборатории остались только базовые темы и полтора десятка научных сотрудников и инженеров, осуществляющих их выполнение.

Тем не менее, научная работа не прекращалась. Помимо традиционных тем, выполняемых на циклотроне и ЭГ, с 1991 по 1994 годы в микротронной лаборатории совместно с Институтом высокотемпературной электрохимии РАН проводились работы по изучению различных аспектов низкотемпературного ядерного синтеза. В июне 1994 года А.Р. Урманов защищает докторскую диссертацию «Физические основы анализа твердого тела и модификации свойств полупроводников ионами повышенной энергии», через два года - В.И. Радченко. Его докторская диссертация связана с рассеянием быстрых частиц водорода с изменением и без изменения заряда на атомах и молекулах.

В целом, несмотря на отдельные успехи последних лет, результативность работы лаборатории из-за объективных финансовых трудностей и малочисленности оставшегося коллектива заметно снизилась. В связи с этим проводится реорганизация лаборатории, направленная на консолидацию усилий всех оставшихся сотрудников и преподавателей, а также рациональное использование обслуживающего персонала и самих ускорителей. Руководство кафедрой принимает решение законсервировать имплантатор «Везувий-4» и электростатический генератор ЭГ-2.5. Все научные сотрудники объединяются в общую экспериментальную группу лаборатории, к работе шире стал привлекаться профессорско-преподавательский состав кафедры. Традиционно используемые методы анализа структуры и состава вещества с помощью пучков заряженных частиц, а также высокоэнергетичная ионная имплантация с целью модификации свойств материалов были применены к новым объектам исследований: оптическим детекторным материалам (руководитель профессор Шульгин Б.В.), материалам нелинейной (руководитель профессор Кружалов А.В.) и силовой оптики (руководитель профессор Оконечников А.П.), гидрида и дейтерида лития (руководитель профессор Пилипенко Г.И.). Под руководством профессора Кружалова А.В. (научный руководитель НИЭФЛ с 1994 г.) на циклотроне создается канал для исследования особенностей люминесценции твердых тел при возбуждении тяжелыми многозарядными ионами.

Им же инициирована работа по моделированию радиационных повреждений в оксидных пленках технологических каналов кипящих реакторов с помощью многозарядных ионов циклотронных энергий. Работа выполняется (Т.А. Белых) совместно со Свердловским филиалом научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники.

В последние годы руководством кафедры много внимания уделяется поискам прикладного применения ускорительной техники. В 1993 году на кафедре проведен семинар «Малые циклотроны и их применение» с участием представителей Томска, Санкт-Петербурга, Киева, Ташкента. На нем обсуждались перспективы использования ускорителей для прикладных технических и медицинских целей. Через два года этот же вопрос поднимался на техническом совещании с представителями циклотронных лабораторий страны. На этих форумах НИЭФЛ представлял для обсуждения проект создания на базе циклотрона центра нейтронной терапии, который после многочисленных экспертиз был включен в Областную комплексную противораковую программу и был рекомендован к реализации. Создание центра сдерживается финансовыми трудностями.

Перспективным направлением использования циклотрона является производство короткоживущих изотопов для радионуклидной диагностики. В лаборатории создана установка для получения радиофармпрепарата хлорида таллия с меченым изотопом 191Тl, широко практикуемого в кардиологических исследованиях. К сожалению, в нашем городе медицинские учреждения не оснащены соответствующим оборудованием, на котором можно было бы его использовать.

Правительству области и руководству медицинских учреждений предложен проект создания на базе циклотрона позитронно-эмиссионного томографа (ПЭТ). В настоящее время этот самый современный вид томографов есть только в Москве и Санкт-Петербурге. ПЭТ работает на ультракороткоживущих циклотронных изотопах и поэтому должен располагаться вблизи ускорителя. Стоимость томографа очень высока: ~5 млн. долларов. Использование нашего циклотрона и его инфраструктуры может снизить стоимость ПЭТ почти наполовину. Методики радиационной стерилизации материалов и изделий медицинского назначения разрабатываются на микротроне (Е.Ю. Журавлева, Ф.М. Клинов).

НЕШОВ Федор Григорьевич

Родился в солнечном Крыму накануне 22 годовщины Великой Октябрьской социалистической революции. Представитель группы южных славян - болгарин, предки которого в тридцатые годы 19 века бежали в Россию от турецкого ига и осели в Крыму.

В годы Великой Отечественной войны в период великого переселения народов оказался на Урале, так и стал коренным уральцем. В 1958 г. окончил Свердловский энергостроительный техникум, затем служба в армии - шофер-прожекторист на аэродроме Оренбургского авиаучилища. В «Огоньке» за 1961 г. в репортаже «Здесь крепли крылья космонавта» свет на съемках обеспечивал Федор Григорьевич.

После демобилизации работал на заводе трансформаторов тока и учился на вечернем факультете УПИ, кафедра ПТМ. Однако после успешного окончания второго курса, увлеченный великой силой искусства (фильм «9 дней одного года»), перевелся на второй курс ФТФ, кафедра №24. Учился в группе Фт-92, где старостой был Олег Зайцев. Учился трудно - сказывались незаконченное среднее образование и армейский перерыв, но от общественной работы не отказывался - был группкомсоргом, секретарем курсового бюро ВЛКСМ, участвовал во всех формальных и неформальных мероприятиях, коих было множество в «зайцевской» группе. Дипломную работу выполнял под руководством Пузанова А.А. на электростатическом генераторе (незадолго до этого был открыт эффект теней).

В дальнейшем, для развития этих работ на кафедре, прошел стажировку на циклотроне Московского университета. По возвращении поступил в аспирантуру и возглавил группу молодых специалистов (Ведьманов Г.Д., Обухов В.Т., Смирнов В.Я.) по созданию «с нуля» экспериментального канала на циклотроне кафедры №24 для исследования эффектов теней и каналирования на многозарядных ионах. Уже в начале 1971 г. на этом канале были проведены первые эксперименты с ионами азота. Хорошая получилась установка - 30 лет в строю.

7 кандидатских и одна докторская диссертация выполнены на ней.

Сам Федор Григорьевич в 1975 г. защитил кандидатскую диссертацию, в 1978 г. утвержден в звании старшего научного сотрудника.

С 1981 по 1993 г.г. Нешов Ф.Г. исполняет обязанности заведующего электрофизической лабораторией и осуществляет административно-техническое руководство отделом физики ион-атомных столкновений. В отделе сосредоточены наиболее крупные установки электрофизической лаборатории (циклотрон, электростатический генератор, азотная станция), работает до 60 человек эксплуатационного персонала.

Великие потрясения 90-х годов привели к катастрофическому сокращению бюджетного и хоздоговорного финансирования. Численность сотрудников уменьшилась в 5-6 раз. После ряда структурных реорганизаций подразделений кафедры в 1996 г. на базе всей ускорительной техники образована лаборатория прикладной ядерной физики во главе с Нешовым Ф.Г. С этого времени им начаты работы по использованию ускорителей для нужд медицины. Пропагандируются методы радиационной стерилизации изделий медицинского назначения (инструментарий, шовный материал, сорбирующие прокладки для гнойной хирургии) с помощью электронного пучка микротрона. Разработан проект создания нейтронного канала на циклотроне для лечения онкобольных. После многочисленных экспертных анализов данный проект был рекомендован в Областную комплексную противораковую программу. С завидным упорством, преодолевая консерватизм и меркантильность руководителей медицинских учреждений, он пробивает новый проект: создание центра позитронно-эмиссионной томографии на базе циклотрона. Этот уникальный комплекс дал бы возможность проводить самую современную диагностику жителям Уральского федерального округа.

Хобби - выращивание болгарского перца в коллективном саду «УПИ-1».

ИГНАТЬЕВ Олег Валентинович

Родился 14 ноября 1947 г. (г. Минск) в семье потомственного военного. В 1965 г. поступил учиться на физтех и в 1971 г. закончил его по специализации «Автоматика и электроника». Почти два года проработал в Свердловском городском онкодиспансере техником-дозиметристом, а затем инженером-физиком. С 1972 г. и по настоящее время - на кафедре экспериментальной физики, ведущий научный сотрудник, с 1988 г. - научный руководитель научно-исследовательской лаборатории электроники рентгеновских приборов (НИЛ ЭРП).

Кандидатскую диссертацию на тему: "Исследование и разработка формирующих усилителей для спектрометров х- и мягкого у-излучений" защитил в начале 1981 г. в Объединенном институте ядерных исследований (г. Дубна). Научные интересы связаны с исследованиями и разработками в области электроники для прецизионных спектрометров с полупроводниковыми детекторами х- и у-излучений.

Соавтор монографии «Полупроводниковые детекторы в экспериментальной физике» Ю.К. Акимов, О.В. Игнатьев, А. И. Калинин, В.Ф. Кушнирук. - М. Энергоатомиздат, 344 с.; автор и основной соавтор ряда изобретений, нашедших практическое применение. В последние годы активно развивает работы по созданию портативных и стационарных EDXRF-анализаторов элементного состава веществ, а также по разработке сверхбыстродействующих спектрометров с детекторами из натурального алмаза для диагностики «горячей» плазмы на ТОКАМАКах. Представителей научного и околонаучного мира для ясности восприятия и взаимодействия с ними классифицирует (по нисходящей) на:

• «Больших Ученых» (чрезвычайно малочисленный вид);
• «Ученых» (лично добывают научные знания, т.е. «делают науку»);
• «Бывших Ученых» (это ученые, превратившиеся в популяризаторов науки и преподавателей, администраторов и организаторов науки);
• «Кандидатов и докторов наук» («Ученым можешь ты не быть, но кандидатом быть обязан...»);
• «Ученых с «большой» дороги» (генетически очень схожи, отличаются лишь величиной дороги, с которой «кормятся»).

Будучи достаточно азартным автолюбителем, придерживается принципа:

для успешной конкуренции в серийной продукции

необходимо строить и эксклюзивные гоночные автомобили.

В ядерном приборостроении это означает создание иногда убыточных уникальных приборов и устройств дня решения экстремальных задач.

Все труды, так или иначе, окупаются.

Коссе Александр Иванович

Родился 17 марта 1945 года на Алтае (Осинники). Среднюю школу закончил в 1963 г. на Урале (г. Соликамск). Учился легко, поэтому было достаточно свободного времени, которое проводил либо в школьных мастерских, либо в спортивных залах. Отсюда первые навыки «рукодельника» - плотника, столяра, токаря, фрезеровщика, электрика.

Спорт (классическая борьба, гимнастика, лыжи, легкая атлетика, шахматы) способствовал формированию характера человека увлеченного, лидера, постоянному стремлению быть первым в любом деле, упорству в достижении поставленной цели, чувству ответственности за порученное дело. К 10-му классу сформировалось желание стать физиком. Дважды, в 1963 и в 1964 г.г. успешно сдавал вступительные экзамены в МФТИ и не «проходил» по конкурсу, как выяснилось позднее (1989 г.), сын грека имел в то время ограниченные гражданские права.

Проучившись по дополнительному набору два года в УЛТИ, не смог добиться разрешения на перевод в МФТИ и был призван в ряды Советской Армии. Физиком все же он стал, с отличием закончив в 1974 г. физтех УПИ по специальности «Электроника и автоматика». С тех пор и по настоящее время работает на кафедре экспериментальной физики.

Начинал с должности инженера, сейчас - заведующий научно-исследовательской лабораторией. Научные интересы связаны с использованием ядерно-физических методов анализа для изучения состава и структуры твердотельных материалов как в области физики взаимодействия ионизирующих излучений с веществом, так и в области детекторной электроники для прецизионных спектрометров ионизирующих излучений.

В 1984 г. защитил кандидатскую диссертацию на тему: «Возбуждение характеристического рентгеновского излучения в кристаллах ускоренными протонами» по специальности «Физика твердого тела». Опубликовано в соавторстве более 60 статей, автор и соавтор ряда изобретений и разработок, которые нашли практическое применение.

Где бы он ни был, везде занимался общественной работой. Комсорг школы, цеха - на Соликамском бумкомбинате. В студенческие годы - староста группы, председатель учебно-воспитательной комиссии физтеха. Семь раз выезжал на целину в отрядах «Легенда» и «Наука» простым бойцом, затем мастером отряда. В 1978 г. - командир городского отряда (500 чел.), выезжавшего на Саяно-Шушенскую ГЭС.

Убежденный коммунист (1969-89 г.г. - член КПСС), он много сил и времени отдал формированию нормализации взаимоотношений на родной кафедре. В мае 1989 года Александр Иванович вышел из рядов КПСС в знак несогласия с деятельностью центральных органов партии (к этому времени негативная информация уже превысила критическую массу) и невозможностью личного участия в принятии конкретных решений, которые должен был проводить в жизнь. Постоянно поддерживает спортивную форму, и сейчас готов пробежать марафон на лыжах, выступить в многоборье, с азартом сыграть «блиц» по шахматам. Большой любитель и знаток русской бани.

В общении с людьми Александр Иванович доброжелателен, всегда готов прийти на помощь.

В последнее время появилось новое увлечение - садоводство. Это и стройка, и сад, и море цветов...

Женат, имеет взрослого сына.

Оптика и люминесценция кристаллов LiH

рассказывает выпускник 1970 года

чолах Сейф Османович

Научная работа на кафедре экспериментальной физики (в те годы еще в обиходе оставалось ее название - кафедра №24) у меня началась, как и у всех студентов на 4-м курсе, в дни УИРС в лаборатории, которой руководил Борис Леонидович Двинянинов. Лабораторию я не выбирал. Наш куратор группы, а им был заведующий кафедрой Филипп Филиппович Гаврилов, зачитал список, куда кому следует идти, и я оказался в группе, занимающейся исследованием оптических и люминесцентных свойств гидрида лития.

До встречи с Б.Л. Двиняниновым я ни о какой науке не думал, - были обычные студенческие увлечения: обязательная, и не больше, учеба, волейбол, дальние туристические походы, стройотряды. Б.Л. Двинянинов был личностью неординарной. К моему появлению в его группе были не только уникальная установка по синтезу кристаллического гидрида лития, в которой насчитывалось 28 массивных вакуумных крана, неплохие по тому времени образцы советской оптической промышленности - монохроматоры СФ-4, УМ-2, но и многочисленные оппоненты, не совсем согласные с научными воззрениями мэтра.

Задачу, которую поставили мне, - синтезировать гидрид лития с возможно большими по размеру кристалликами. Мои отчаянные попытки в перерывах между волейболом выполнить эту задачу, вращая все 28 кранов, успеха не приносили, - гидрид лития синтезировался, но размеры кристалликов были микроскопические. В беседах с Б.Л. Двиняниновым выяснилось, что кристаллы больших размеров в мире все таки существуют - их вырастили в Лос-Аламосской лаборатории в США, и есть даже статьи с рисунками ростовой установки. То ли в то время с английским языком было плохо на кафедре, то ли с конструкторскими новинками, но повторить американские работы нам не удавалось.

После летней производственной практики в Алма-Ате в одной из лабораторий Института ядерной физики АН Казахской ССР ее руководитель неожиданно пригласил меня на следующий год на дипломирование с последующим поступлением в аспирантуру. Неожиданность заключалась в том, что на практику в Алма-Ату я опоздал на три недели и прибыл из туристического похода на Саяны к концу сентября. Дело с опозданием могло закончиться для меня печально, и мысленно я готовился к худшему. Нелетная погода, задержавшая нас за перевалом в горах, вряд ли могла послужить оправданием в деканате. На физико-техническом факультете тогда все было очень по-серьезному. Но, видно, без несчастий действительно не бывает удач. За оставшуюся неделю практики мне удалось оживить установку по высокочастотному разряду, над которой аспирант Манон безнадежно бился уже год, и удачно выступить в финальной игре по волейболу между институтами Казахской АН. Результат был потрясающий - отличный отзыв за практику и благодарственное письмо, которое следом за нашим возвращением в Свердловск пришло на имя ректора Ф.П. Заостровского. Продолжить занятия высокочастотным разрядом в Алма-Ате мне больше не удалось. Настойчивые отеческие увещевания Б.Л. Двинянинова в том, что диссертацию мне надо делать в России, оказались пророческими. Сейчас многие сокурсники, начинавшие свой трудовой путь в бывших республиках СССР, вернулись в Россию, и многие из них попали в очень трудную ситуацию неустроенности и разочарования. В этой связи о Борисе Леонидовиче я вспоминаю с благодарностью, хотя наши научные пути в дальнейшем разошлись.

Диплом я выполнял тоже на гидридном участке, но в группе тогда аспиранта кафедры Пирогова В.Д. Общим руководителем был, конечно, Ф.Ф. Гаврилов, который оставался руководителем гидридного направления до конца своих дней. За время дипломирования маленьких открытий было много. Удалось получить ряд новых люминофоров, состав которых был оформлен в виде авторских свидетельств удивительно работоспособным Б.В. Шульгиным. В этом отношении его участие в гидридной тематике было незаменимым. Кроме того, на всех этапах развития гидридной тематики кафедры он постоянно оказывал большую поддержку. Мне иногда казалось, что со времени своей аспирантуры у него так и осталось душевная привязанность к LiH. Во всяком случае, это единственный человек из негидридчиков, который всегда знает о состоянии дел по гидриду лития. И надо отдать ему должное, он никогда не подавлял инициативу молодых. Это тоже редкий дар.

В поиске выхода из создавшейся ситуации по выращиванию монокристаллов гидрида лития активное участие принимали Пирогов В.Д., Шульгин Б.В. и Пилипенко Г.И. На очередном Прибалтийском семинаре, куда съезжались ученые из многих городов страны, они договорились с Пановой А.Н. о моем приезде во ВНИИ в г. Харьков, где она заведовала лабораторией синтилляционных материалов. Через две недели я уже был в Харькове. А.Н. Панова курировала мою «проблему» очень внимательно и предупредительно. Познакомила с ведущим «ростовиком» Л. М. Сойфером. Попросила его то ли в шутку, то ли всерьез: «Лева, помоги этому молодому человеку вырастить кристалл LiH, он будет у нас еще три дня». Кристалл мы действительно вырастили, но только не LiH, a LiF в тигле из графита. Из установок, на которых выращивали заготовки для линз из фтористого лития для Зеленчукской обсерватории, Лев Моисеевич порекомендовал взять установку именно тех размеров, на которой мы в дальнейшем долгие годы и выращивали монокристаллы гидрида лития. Чертежи и температурные градиенты, способ намотки нагревателя - все без утайки предоставили мне гостеприимные хозяева. Со всем этим богатством и шикарной коробкой фирменного печенья «Мрия» в придачу, которой Александра Николаевна меня напутствовала: «Все у вас будет хорошо. У вас получится!», я вернулся на кафедру.

Действительно получилось. Ростовую установку мы сделали, и после первой же попытки кристалл LiH был выращен. Кристалл легко скалывался по плоскостям спайности, а размеры сколов были такими большими, что это вызвало общий восторг. Открылись возможности по-настоящему исследовать оптические свойства LiH, собственную электронную структуру. Почти сразу же была организована поездка в г. Тарту Шульгина Б.В., Пирогова В.Д. Прихватили с собой и меня. Командировка эта решила мою судьбу на 30 лет. После встречи с Чеславом Брониславовичем Лущиком в этот же день К.А. Калдер снял «первый» спектр отражения кристалла LiH, и через день было отправлено краткое сообщение в журнал «Физика твердого тела». Спектр был первый во всех отношениях. И в том, что его сняли впервые в мире, и в том, что он был настолько искажен присутствием на поверхности скола следами гидролиза, что по истечении 20 лет мы только удивлялись решительности ЧБ, с которой было заявлено научной общественности о новом этапе в исследованиях LiH. Дальнейшие исследования собственных электронных возбуждений были связаны в основном с Тарту. Были месяцы, когда кристаллы гидрида лития исследовали на всех 5 этажах Института физики АН Эстонской ССР, включая группу теоретиков, настолько кристалл был интересен и необычен.

Первая моя поездка оказалась определяющей не только для моего научного роста. ЧБ по какой-то системе выставил мне баллы в своей картотеке (баллы он выставлял всем своим сотрудникам) и определил, что я ему подхожу для работы в лаборатории. Особенно высокий балл стоял в графе «Научный атлетизм» - умение отстаивать свои научные взгляды. Не знаю, что уж умел отстаивать вчерашний выпускник института, но отношения с ЧБ сложились очень теплые с первого дня и на долгие годы. К нему я мог пойти за советом и помощью в любое время.

Научная деятельность кафедры в то время очень тесно была связана с Тарту. В Тарту в разное время работала большая часть аспирантов-«гидридчиков», а в дальнейшем и молодые ученые из группы Б.В. Шульгина. Задача была непростой и для гидрида лития, но для него существовали хотя бы структурные аналоги - щелочно-галоидные кристаллы, к тому времени уже достаточно изученные. Для кристаллов, которыми занималась группа Б.В. Шульгина, все было гораздо сложней. Институты физики Эстонии, а затем и Латвии в течение десятилетия стали местами, где можно было встретить людей с нашей кафедры, а работа по гидриду лития закончилась только с распадом СССР. Результаты по LiH были настолько впечатляющими, а исследования проведены таким широким фронтом, что сам собой встал вопрос о систематизации результатов наших и зарубежных центров. Приступили к написанию монографии. У ЧБ впоследствии были еще монографии, но над первой монографией он работал с особым воодушевлением. Как всегда, в большом деле не обошлось без околонаучной политики, но все было преодолено.

В бесконечных упоительных дискуссиях и написании вариантов прошел незабываемый год. Оглядываясь назад, я начинаю осознавать, что это были самые плодотворные годы Татьяны Александровны Бетенековой, Владимира Алексеевича Пустоварова, Владимира Михайловича Жукова, Николая Витальевича Суворова, Николая Александровича Завьялова, Александра Николаевича Полиенко, Михаила Евгеньевича Табачника. Все они стали кандидатами наук. О каждом из них можно написать свою историю. Т.А. Бетенекова была следующим успешным «десантом» в Тарту. Ее обстоятельные, совместные с Владимиром Георгиевичем Плехановым исследования кристаллов LiH-LiF во многом пролили свет на процесс автолокализации экситонов в узкощелевых диэлектриках.

В.А. Пустоваров стал специалистом по низкотемпературным измерениям кристаллов и в жидком гелии, и в высоком вакууме, и со сколом, и без скола. В.М. Жуков сконструировал и создал установку для выращивания гидрида лития настолько уникальную, что к нам приезжали за ее чертежами. Установка В.М. Жукова позволила Н.В.Суворову серьезно исследовать процессы роста кристалла LiH.

Из всех нас на долю Н.А. Завьялова выпала самая сложная задача. Необходимо было понять, как искажают спектры гигроскопического гидрида лития продукты его коррозии, и предложить технологию получения истинных спектров отражения. Задача настолько серьезная, что до сих пор нами предпринимаются попытки измерять «последний и самый истинный» спектр отражения. Наиболее достоверным на сегодня, пожалуй, следует считать спектр, измеренный В.А. Пустоваровым на синхротроне в Гамбурге в июне 1999 г. при сколе в вакууме.

Самым талантливым из всех нас оказался «полутеоретик-полуэкспериментатор» А.Н. Полиенко. Очень трудолюбивый, с завидной физико-математической подготовкой он смог предложить целостную картину поведения электронных возбуждений (свободные электроны и дырки, экситоны, поляритоны, поляроны) в гидриде лития. Он про гидрид лития знал не меньше, чем Чеслав Бронеславович Лущик и превосходный теоретик Григорий Самуилович Завт - теоретик настолько яркий, что после распада СССР «невыездной Завт» был одним из первых приглашен на работу в институт Макса Планка. А.Н. Полиенко о гидриде лития рассказывал так увлеченно, что однажды появившийся в нашей группе Миша Табачник (его привел в лабораторию Н.А. Завьялов) заслушался и остался.

Это был последний «тартуский десант», добывший знания о поляритонах и их поведении в «узком горле» зонной структуры гидрида лития. Изменились теперь времена, и в силу разных причин многие «гидридчики» отошли от научных исследований, но то, что сделано этими людьми, останется в списке выдающихся достижений уральской школы оптиков и спектроскопистов.

Рассказывает выпускник 1976 года

Пустоваров владимир алексеевич

История исследования электронных возбуждений и люминесценции LiH на кафедре экспериментальной физики начинается с момента появления в 1959 г. в журнале «Оптика и спектроскопия» первой публикации по LiH и связана с именем нашего учителя, основателя уральской научной школы по радиационной физике твердого тела профессора Ф. Ф.Гаврилова.

Работы по гидриду лития условно можно разбить на три временных периода, каждый из которых характеризуется определенным направлением исследований, привлечением соответствующей времени техники и постановкой методики эксперимента, качеством объекта исследования, т.е. совершенствованием технологии выращивания кристаллов.

Первый период с 1959 г. до середины 70-х годов характеризуется изучением примесных центров и дефектов кристаллической структуры (главным образом сложных центров окраски, предколлоидальных и коллоидных центров) в LiH методами абсорбционной и люминесцентной спектроскопии; исследованием ЭПР в области энергий 1,5-4,0 эВ при Т=80-300К (кандидатские диссертации Б.Л. Двинянинова, Б.В. Шульгина, Г.И. Пилипенко, Л.В. Астафьевой, В.Д. Пирогова, Н.И. Канунникова, Г.И. Терентьева).

Началом второго периода, по мнению автора, следует считать факт обнаружения в 1974-75 годах экситонных состояний в LiH и определения минимальной энергии межзонных переходов Eg. С этого момента начинается наиболее бурное развитие исследований по гидриду лития.

Налаживается постоянный научный контакт с эстонскими физиками из Тарту (Ч.Б. Лущик, Г.С. Завт, В.Г. Плеханов). Выполняются эксперименты при температуре жидкого гелия. Расширяется энергетический диапазон исследований структуры электронных возбуждений в ВУФ-область, изучаются спектры вторичного свечения в ИК-области. Проводятся теоретические расчеты, исследования экситонных состояний, электрон-фононного взаимодействия и, наконец, отрабатываются способы получения совершенных кристаллов методом Бриджмена-Стокбаргера, их всесторонний анализ, и ставится новый метод выращивания кристаллов LiH - метод Чохральского. В этот период были защищены кандидитские диссертации С.О. Чолахом, Т.А. Бетенековой, В.А. Пустоваровым, Д.В. Опариным, В.М. Жуковым, О.И. Тютюнником, В.И. Тютюнником, Н.А. Завьяловым. Логическим итогом этих исследований явилась первая монография по LiH «Электронные возбуждения и дефекты в кристаллах гидрида лития» (1985 г.), которая подводит итог многолетних исследований и формирует новые актуальные задачи.

Последующие работы, в том числе работы сегодняшнего дня, могут быть отнесены к третьему периоду развития исследований по LiH. Здесь можно выделить три главные направления:

• исследование возможности автолокализации экситонов и связанных с этим процессов образования радиационно-индуцированных дефектов кристаллической структуры;
• изучение механизмов роста кристаллов и совершенствование технологии выращивания кристаллов методом Чохральского;
• экспериментальное изучение электронной структуры кристаллов, спектров оптических констант и эффектов размножения электронных возбуждений в вакуумной ультрафиолетовой области (область энергий 4-40 эВ) с использованием синхротронного излучения электрон-позитронных накопителей.

В этот период защищены кандидатские диссертации А.Н. Полиенко, Н.В. Суворовым, М.Е. Табачником. А результаты обобщены в докторских диссертациях С.О. Чолаха (1989 г.) и Г.И. Пилипенко (1996 г.). Глава по гидриду лития была представлена в докторской диссертации В.А. Пустоварова (1994 г.). К сожалению, проведение работ во всех трех названных направлениях столкнулось с большими трудностями принципиального характера. На сегодняшний день многочисленными независимыми экспериментами установлено, что электронные возбуждения в LiH высокоподвижны. При значительной концентрации дорадиационных дефектов в кристаллической решетке, что является несомненным атрибутом при выращивании кристаллов гидрида лития из высокотемпературного расплава как методом Бриджмена-Стокбаргера, так и методом Чохральского, экситоны испытывают безызлучательный распад на дорадиационных дефектах. Поэтому надежных экспериментальных доказательств существования в LiH автолокализованных экситонов не получено. То же самое можно сказать и о возможности создания дефектов Френкеля в регулярной решетке LiH без участия дорадиационных дефектов. Вопрос до сих пор не ясен.

Для экспериментального решения вопроса о радиационной стойкости LiH и о механизмах распада электронных возбуждений с образованием дефектов Френкеля нужно иметь кристаллы принципиально иного качества с низкой концентрацией дорадиационных дефектов, используя другие низкотемпературные методы выращивания этих кристаллов. Высокая концентрация дорадиационных дефектов является, по-видимому, также основной причиной низкой конверсионной эффективности LiH как сцинтиллляционного материала, что полностью ограничивает его практическое применение в качестве детектора быстрых и тепловых нейтронов в смешанных гамма-нейтронных полях.

Чрезвычайно "упорным" оказался LiH и для экспериментального определения его электронной структуры и спектров оптических констант в ВУФ-области спектра. Это связано с его гигроскопичностью - образованием на поверхности тонкой окисной пленки. Первые попытки измерения спектров оптических констант LiH с использованием лабораторных ВУФ источников света были сделаны еще в начале 70-х годов (кандидатская диссертация С.О.Чолаха, 1974 г.). На протяжении более 25 лет были предприняты еще несколько "атак" уже с применением синхротронного излучения - мощного источника света ВУФ диапазона. И только в 1999 году на синхротроне DESY (Гамбург) при сколе кристалла LiH непосредственно перед измерением спектра отражения в криостате при температуре 9К в ультравысоком вакууме 1*10-10 Торр удалось, наконец, получить истинный спектр отражения LiH. Требуется его окончательная проверка и расчет из него спектров оптических констант.

Вот такое сочетание "простоты" и сложности. И все же представляется, что все коллеги и студенты, кто работал с гидридом лития в разное время, благодарны, что судьба свела их с этим интересным кристаллом. Трудные для науки времена пройдут, и наверняка LiH снова засияет на научном небосклоне и вновь будет пленить нас своими тайнами.

Рассказывают выпускники:

Тютюнник Олег Иванович (1972 год)

Тютюнник Владимир Иванович (1981 год)

Время действия: 1979 год.

Место действия: УПИ, Физтех, кафедра экспериментальной физики.

Действующие лица: Тютюнник Олег Иванович - во время действия аспирант кафедры экспериментальной физики, ныне к.ф.-м.н., доцент кафедры спортивных видов единоборств УГТУ-УПИ; Тютюнник Владимир Иванович - во время действия инженер кафедры экспериментальной физики, ныне к.ф.-м.н., доцент одного из вузов г. Омска.

История, о которой мы хотим рассказать, произошла в сентябре 1979 года. Незадолго до этого, в апреле 1979 года, мы закончили создание новой установки для синтеза монокристаллов гидрида лития по методу Стокбаргера. Наша установка сильно отличалась от традиционных схем. В традиционных установках в неподвижную печь медленно опускался подвешенный на тросике реактор с тиглем с расплавом гидрида лития. В такой установке было очень трудно отцентрировать реактор по отношению к оси печи. Вакуумную систему и систему напуска водорода приходилось подсоединять на весу, что было очень неудобно. Кроме того, существовал риск повредить нагреватель печи, так как реактор сначала вставлялся в печь в подвешенном состоянии, а потом на весу к нему подсоединялись все коммуникации. По окончании процесса гидрирования необходимо было снова на весу отсоединить от реактора вакуумную систему и систему напуска водорода, чтобы можно было начать синтез. В нашей установке два цилиндрических реактора неподвижно крепились к специальной станине, а снизу на них надвигалась по направляющим штангам кассета с двумя ростовыми печами. При такой конструкции достигалась хорошая центровка реакторов по отношению к осям печей. Кроме того, было очень удобно работать с вакуумной системой и системой напуска водорода, которые присоединялись в самом начале технологического цикла и оставались такими до окончания синтеза.

В мае 1979 года мы провели три пробных синтеза неактивированных монокристаллов гидрида лития. Было получено шесть кристаллов. Они имели окраску от густо-синей до бледно-голубой, что свидетельствовало о нестехиометрии состава. В сентябре 1979 года мы решили заняться синтезом монокристаллов гидрида лития, активированных различными примесями. 4 сентября были получены кристаллы, активированные хлоридами кальция, кадмия, бария и хрома. В каждый реактор загружали в специальной обойме по два тигля с литием и активатором. Синтез показал, что хлориды не входят в гидридную матрицу. Синтез повторили 6 сентября. На этот раз активаторами были олово, висмут, германий и магний. На следующий день, во второй половине, мы приступили к выгрузке реакторов. Собрались аспиранты и инженеры. Событие было кафедрального масштаба. Все с интересом ждали результатов вскрытия реакторов. Отвинтили верхние фланцы и стали выгружать первый реактор. Выгрузка проводилась так: на полу расстилался лист резины, на него ставился реактор фланцем вниз и коническим дном вверх. Затем на коническое дно реактора надевалась специальная алюминиевая проставка, по которой наносился удар молотком. Первым выпал тигель с кристаллом, активированным оловом. Извлеченный из тигля кристалл имел густо-синюю окраску. Вторым извлекли кристалл, активированный висмутом. Кристалл был прозрачный, но серый. Серая окраска была обусловлена висмутом.

Стали выгружать второй реактор. Первым выпал тигель с кристаллом, активированным германием. Так же, как и кристалл с оловом, он имел густо-синюю окраску, что свидетельствовало о большом количестве структурных дефектов, связанных с нестехиометрией состава. Тигель с кристаллом, активированным магнием, прилип к днищу реактора. Пришлось вторично ударить по днищу реактора через проставку. Тигель с кристаллом со звоном отделился от дна реактора и упал на пол. Реактор убрали в сторону. На полу на резиновом листе кверху дном стоял тигель. В.И. Тютюнник наклонился, протянул руку и поднял тигель. Кристалл, как ни странно, остался стоять на полу. Кристалл был прозрачен как стекло. Свет люминесцентных ламп бегал внутри него, отражаясь от стенок так, что кристалл как бы светился изнутри.

Это был самый первый полученный нами оптически прозрачный монокристалл гидрида лития. На технологию выращивания оптически прозрачных кристаллов гидрида лития с добавкой магния в качестве флюса, улучшающего стехиометрию состава, нами было получено авторское свидетельство на изобретение в соавторстве с профессорами Б.В. Шульгиным и Ф.Ф. Гавриловым.